KR20000061712A - Stability apparatus of direct current - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입력되는 직류전원의 변동에 관계없이 부하에는 안정된 직류 전원을 공급하는 직류전원 안정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DC power supply stabilizer for supplying a stable DC power to the load irrespective of the variation of the input DC power.
직류 전원에 의해 동작되는 기기로는 차량에 설치되는 차량용 텔레비전 수상기 및 차량용 오디오 시스템 등을 비롯하여 사용자가 간단히 휴대하면서 사용할 수 있는 휴대용 카세트 테이프 레코더 및 라디오 등과 같이 여러 가지가 있다.There are a variety of devices operated by a DC power source, such as a car television receiver installed in a vehicle, a car audio system, and the like, a portable cassette tape recorder and a radio that a user can simply carry and use.
이러한 직류전원에 의해 동작되는 기기에 정격 전압보다 높은 직류전원을 공급할 경우에 기기를 보호하지 못하고 손상된다.If a DC power supply higher than the rated voltage is supplied to a device operated by such a DC power supply, the device is not protected and is damaged.
예를 들면, 일반 승용차에서는 12V 배터리를 사용하고, 트럭 등과 같은 대형 차량에서는 24V 배터리를 사용하고 있는 것으로서 일반 승용차에서 12V 배터리의 직류전원으로 사용하던 차량용 텔레비전 수상기 및 차량용 오디오 시스템 등의 기기를 24V 배터리를 구비하고 있는 차량에서 24V 직류전원을 공급하여 동작시킬 경우에 기기가 과전압으로 인하여 손상된다.For example, a 12V battery is used in a general passenger car and a 24V battery is used in a large vehicle such as a truck, and a device such as a car television receiver and a car audio system used as a DC power source of a 12V battery in a general passenger car is a 24V battery. In a vehicle equipped with a 24V DC power supply, the equipment is damaged due to overvoltage.
그리고 상기 직류전원에 의해 동작되는 기기들을 고정된 장소 예를 들면, 가정집이나 사무실 등의 장소에서 사용할 경우에는 통상적으로 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 어댑터(adapter)를 많이 사용하고 있다.In addition, when the devices operated by the DC power supply are used in a fixed place, for example, a home or an office, an adapter for converting AC power to DC power is commonly used.
그러나 상기 어댑터는 입력되는 교류전원의 레벨에 따라 출력되는 직류전원의 레벨 변동이 많은 것으로서 어댑터에서 기기의 정격 직류전원보다 높은 레벨의 직류 전원이 출력될 경우에 기기가 과전압으로 손상되는 문제점이 있었다.However, the adapter has a lot of level fluctuations in the output DC power according to the level of the AC power input, there is a problem that the device is damaged by overvoltage when the adapter outputs a level of DC power higher than the rated DC power of the device.
따라서 본 발명의 목적은 직류전원을 동작전원으로 입력하는 기기에서 입력되는 직류전원의 레벨이 변동되어도 부하에는 안정된 직류전원을 공급할 수 있는 직류전원 안정화 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC power stabilization device capable of supplying a stable DC power to the load even if the level of the DC power input from the device for inputting the DC power as the operating power.
본 발명의 다른 목적은 전원 오프 등으로 부하로 전원이 공급되지 않거나 부하로 저전압이 공급될 경우에 전원을 차단시킬 수 있는 직류전원 안정화 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a DC power stabilization device that can cut off the power when the power is not supplied to the load or the low voltage is supplied to the load.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직류전원 안정화 장치에 따르면, 입력되는 직류전원이 부하로 공급될 경우에 전압 강하가 발생되는 검출용 저항과, 상기 검출용 저항의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 비교기와, 부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 저항과, 상기 저항으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생부가 발생하는 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기와, 상기 에러 증폭기의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기와, 상기 제 1 비교기의 출력신호에 따라 세트되고 상기 제 2 비교기의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트 플립플롭과, 톱니파 발생기가 발생하는 톱니파와 상기 에러 증폭기의 출력신호를 비교하여 PWM 신호를 발생하는 제 3 비교기상기 인히비트 플립플롭이 세트될 경우에 상기 제 3 비교기의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트와, 상기 검출용 저항을 통과한 직류전원을 상기 낸드 게이트의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부상기 출력 스위칭부의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 평활 회로로 구성됨을 특징으로 한다.According to the DC power supply stabilization apparatus of the present invention for achieving the above object, a voltage drop occurs when the input DC power is supplied to the load, and compares the voltage level of both ends of the detection resistor to the load. A comparator for determining whether power is supplied, a resistor for dividing the power supplied to the load to generate a comparison voltage, a comparison voltage amplified by the resistor, and a reference voltage generated by the first reference voltage generator to amplify the error voltage An error amplifier for detecting a signal, a second comparator for generating a reset signal by comparing an output voltage of the error amplifier with a reference voltage generated by a second reference voltage generator, and set according to an output signal of the first comparator, and Inhibit flip-flop reset according to the output signal of the second comparator, sawtooth wave generated by the sawtooth generator and the error amplification A third comparator for comparing the output signals of the plurality of output signals to generate a PWM signal. When the inhibit flip-flop is set, a NAND gate for inverting and outputting the output signal of the third comparator, and a DC power supply passing through the detection resistor. Output switching unit for switching according to the output signal of the NAND gate The output switching unit is characterized by consisting of a smoothing circuit for outputting to the load by smoothing the output power to a DC power.
도 1은 본 발명의 직류전원 안정화 장치의 구성을 보인 상세 회로도이다.1 is a detailed circuit diagram showing the configuration of a DC power stabilization apparatus of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 제 1 비교기 2 : 제 1 기준전압 발생기1: first comparator 2: first reference voltage generator
3 : 에러 증폭기 4 : 제 2 기준전압 발생기3: error amplifier 4: second reference voltage generator
5 : 제 2 비교기 6 : 인히비트 플립플롭5: second comparator 6: inhibit flip-flop
7 : 톱니파 발생기 8 : 제 3 비교기7: sawtooth generator 8: third comparator
9 : 낸드 게이트 10 : 출력 스위칭부9: NAND gate 10: output switching unit
11 : 평활부 R1 : 검출용 저항11: smoothing part R1: detection resistance
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 직류전원 안정화 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a DC power stabilization apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 직류전원 안정화 장치의 구성을 보인 상세 회로도이다.1 is a detailed circuit diagram showing the configuration of a DC power stabilization apparatus of the present invention.
이에 도시된 바와 같이 입력되는 직류전원(Vin)이 부하로 공급될 경우에 전압 강하가 발생되는 검출용 저항(R1)과, 상기 검출용 저항(R1)의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 제 1 비교기(1)와, 부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 저항(R2, R3)과, 상기 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생부(2)가 발생하는 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기(3)와, 상기 에러 증폭기(3)의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부(4)가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기(5)와, 상기 제 1 비교기(1)의 출력신호에 따라 세트되고 상기 제 2 비교기(5)의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트(inhibit) 플립플롭(6)과, 저항(R5) 및 콘덴서(C2)의 시정수에 따라 톱니파 발생기(7)가 발생하는 톱니파와 상기 에러 증폭기(3)의 출력신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생하는 제 3 비교기(8)와, 상기 인히비트 플립플롭(6)이 세트될 경우에 상기 제 3 비교기(8)의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트(9)와, 상기 전류 검출용 저항(R1)을 통과한 직류전원(Vin)을 상기 낸드 게이트(9)의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부(10)와, 상기 출력 스위칭부(10)의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 다이오드(D1), 코일(L) 및 콘덴서(C3)로 이루어진 평활 회로(11)로 구성된다.As shown in FIG. 2, when the DC power supply Vin input to the load is supplied to the load, a voltage drop occurs between the detection resistor R1 and the voltage level at both ends of the detection resistor R1 to compare the voltage level. The first comparator 1 for determining whether to be supplied, the resistors R2 and R3 for generating a comparison voltage by dividing the power supplied to the load, and the comparison voltage and the first reference divided into the resistors R2 and R3. An error amplifier 3 for comparing and amplifying the reference voltage generated by the voltage generator 2 to detect an error voltage, and a reference for the output voltage of the error amplifier 3 to be generated by the second reference voltage generator 4. A second comparator 5 which generates a reset signal in comparison with the voltage, and an inhibit bit set according to the output signal of the first comparator 1 and reset according to the output signal of the second comparator 5 ( inhibit) Sawtooth wave in accordance with the flip-flop (6) and the time constant of the resistor (R5) and the capacitor (C2) A third comparator 8 for generating a pulse width modulation (PWM) signal by comparing the sawtooth wave generated by the animation 7 with the output signal of the error amplifier 3 and the inhibit flip-flop 6 may be set. In this case, the NAND gate 9 which inverts the output signal of the third comparator 8 and outputs the output signal of the NAND gate 9 through the DC power supply Vin passing through the current detecting resistor R1. And a smoothing circuit comprising a diode D1, a coil L, and a capacitor C3 for smoothing the output power of the output switching unit 10 and the output power of the output switching unit 10 to a DC power and outputting the load to a load. It consists of (11).
상기에서 제 1 비교기(1)는 비반전 입력단자(＋) 및 반전 입력단자(－)에 인가되는 전압 레벨이 동일할 경우에 저전위를 출력하게 설계한다.In the above, the first comparator 1 is designed to output a low potential when the voltage levels applied to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are the same.
이와 같이 구성된 본 발명의 직류전원 안정화 장치는 직류전원(Vin)이 입력되면, 입력된 직류 전원(Vin)이 제 1 비교기(1)의 비반전 입력단자(＋)에 인가됨과 아울러 전류 검출용 저항(R1)을 통해 제 1 비교기(1)의 반전 입력단자(－) 및 출력 스위칭부(10)에 인가된다.In the DC power stabilizer of the present invention configured as described above, when DC power Vin is input, the input DC power Vin is applied to the non-inverting input terminal (+) of the first comparator 1 and the resistance for current detection. It is applied to the inverting input terminal (−) and the output switching unit 10 of the first comparator 1 via R1.
여기서, 직류 전원(Vin)이 저항(R1), 출력 스위칭부(10) 및 평활부(11)를 통해 부하로 공급될 경우에 저항(R1)에서 전압 강하가 발생하여 제 1 비교기(1)의 비반전 입력단자(＋)에 인가되는 전압보다 반전 입력단자(－)에 인가되는 전압이 낮게 되므로 제 1 비교기(1)가 고전위를 출력하고, 제 1 비교기(1)가 출력한 고전위는 인히비트 플립플롭(6)의 세트 단자(SE)에 인가되므로 인히비트 플립플롭(6)이 세트되어 출력단자(Q)로 고전위를 출력하게 된다.In this case, when the DC power supply Vin is supplied to the load through the resistor R1, the output switching unit 10, and the smoothing unit 11, a voltage drop occurs in the resistor R1 so that the first comparator 1 Since the voltage applied to the inverting input terminal (−) is lower than the voltage applied to the non-inverting input terminal (+), the first comparator 1 outputs a high potential, and the high potential output by the first comparator 1 Since it is applied to the set terminal SE of the inhibit flip-flop 6, the inhibit bit flip-flop 6 is set to output a high potential to the output terminal Q.
그리고 부하로 출력되는 전원이 저항(R2, R3)에 의해 분할되어 에러 증폭기(3)의 반전 입력단자(－)에 인가되고, 에러 증폭기(3)의 비반전 입력단자(＋)에는 제 1 기준전압 발생기(2)에서 출력되는 제 1 기준전압이 인가되므로 에러 증폭기(3)는 부하로 출력되는 전원을 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생기(2)에서 출력되는 제 1 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 출력하게 된다.The power output to the load is divided by the resistors R2 and R3 and applied to the inverting input terminal (−) of the error amplifier 3, and the first reference is provided to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier 3. Since the first reference voltage output from the voltage generator 2 is applied, the error amplifier 3 outputs the comparison voltage obtained by dividing the power output to the load by the resistors R2 and R3 and the first reference voltage generator 2. The first reference voltage is compared and amplified to output an error voltage.
상기 에러 증폭기(3)가 출력하는 에러 전압은 제 3 비교기(8)의 비반전 입력단자(＋)에 인가되고, 제 3 비교기(8)의 반전 입력단자(－)에는 저항(R5) 및 콘덴서(C2)의 시정수에 따라 톱니파 발생기(7)가 발생하는 톱니파가 인가되므로 제 3 비교기(8)는 에러 전압 및 톱니파를 비교하여 PWM 신호를 출력하게 된다.The error voltage output from the error amplifier 3 is applied to the non-inverting input terminal (+) of the third comparator 8, and the resistor R5 and the capacitor are applied to the inverting input terminal (−) of the third comparator 8. Since the sawtooth wave generated by the sawtooth generator 7 is applied according to the time constant of (C2), the third comparator 8 compares the error voltage and the sawtooth wave and outputs a PWM signal.
여기서, 상기 인히비트 플립플롭(6)은 세트되어 출력단자(Q)로 고전위를 출력하고, 출력한 고전위가 낸드 게이트(9)의 타측 입력단자에 인가되므로 상기 비교기(8)가 출력하는 PWM 신호는 낸드 게이트(9)를 통해 반전되어 출력 스위칭부(10)의 제어단자에 인가된다.Here, the inhibit flip-flop 6 is set to output the high potential to the output terminal Q, and the output high potential is applied to the other input terminal of the NAND gate 9 so that the comparator 8 outputs the high potential. The PWM signal is inverted through the NAND gate 9 and applied to the control terminal of the output switching unit 10.
그러면, 출력 스위칭부(10)는 저항(R1)을 통해 입력되는 직류 전원(Vin)을 낸드 게이트(9)에서 출력되는 PWM 신호에 따라 스위칭시켜 출력하고, 출력 스위칭부(10)에서 스위칭된 전원은 평활부(11)에서 직류 전원으로 평활되어 부하에 공급된다.Then, the output switching unit 10 switches and outputs the DC power Vin input through the resistor R1 according to the PWM signal output from the NAND gate 9, and the power switched by the output switching unit 10. Is smoothed by the DC power in the smoothing unit 11 and supplied to the load.
즉, 본 발명은 부하로 공급되는 직류전원의 레벨이 높을 경우에 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압이 높아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 낮아지고, 에러 전압의 레벨이 낮아짐에 따라 제 3 비교기(8)에서 출력되는 PWM 신호의 폭이 좁아지며, 이 좁은 폭의 PWM 신호가 낸드 게이트(9)를 통해 넓은 폭의 PWM 신호로 반전되어 출력 스위칭부(10)에 인가되므로 출력 스위칭부(10)는 전원의 출력 폭을 좁게 하여 부하로 공급되는 직류 전원을 낮추게 된다.That is, in the present invention, when the level of the DC power supplied to the load is high, the comparison voltage divided by the resistors R2 and R3 is high, so that the level of the error voltage output from the error amplifier 3 is lowered, and the level of the error voltage is high. As the width decreases, the width of the PWM signal output from the third comparator 8 is narrowed, and this narrow width PWM signal is inverted into a wide width PWM signal through the NAND gate 9 to the output switching unit 10. Since applied, the output switching unit 10 narrows the output width of the power source to lower the DC power supplied to the load.
그리고 부하로 공급되는 직류전원의 레벨이 낮을 경우에 상기와는 반대로 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압이 낮아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 높아지고, 에러 전압의 레벨이 높아짐에 따라 제 3 비교기(8)에서 출력되는 PWM 신호의 폭이 넓어지며, 이 넓은 폭의 PWM 신호가 낸드 게이트(9)를 통해 좁은 폭의 PWM 신호로 반전되어 출력 스위칭부(10)에 인가되므로 출력 스위칭부(10)는 전원의 출력 폭을 넓게 하여 부하로 공급되는 직류 전원을 상승시키게 된다.On the contrary, when the level of the DC power supplied to the load is low, the comparison voltage divided by the resistors R2 and R3 is low, so that the level of the error voltage output from the error amplifier 3 is high and the level of the error voltage is high. As it increases, the width of the PWM signal output from the third comparator 8 becomes wider, and the wide PWM signal is inverted into a narrow PWM signal through the NAND gate 9 and applied to the output switching unit 10. Therefore, the output switching unit 10 increases the DC power supplied to the load by widening the output width of the power.
여기서, 에러 증폭기(3)의 출력단자에 직렬로 접속된 저항(R4) 및 콘덴서(C1)는 레귤레이션 루프 이득(regulation loop gain)을 보정하기 위한 것이다.Here, the resistor R4 and the capacitor C1 connected in series with the output terminal of the error amplifier 3 are for correcting the regulation loop gain.
한편, 상기 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압이 제 2 비교기(5)의 비반전 입력단자(－)에 인가되는 것으로 부하로 공급되는 전원의 레벨이 설정 전압 이하로 매우 낮아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 제 2 기준전압 발생기(4)에서 출력되는 제 2 기준전압보다 높을 경우에 제 2 비교기(5)가 고전위를 출력하여 인히비트 플립플롭(6)의 리세트 단자(RE)에 인가된다.On the other hand, the error voltage output from the error amplifier 3 is applied to the non-inverting input terminal (−) of the second comparator 5, so that the level of the power supplied to the load is very low below the set voltage. The second comparator 5 outputs a high potential when the level of the error voltage output from the second reference voltage generator 4 is higher than the second reference voltage output from the second reference voltage generator 4 so as to reset the inhibit flip-flop 6. It is applied to the terminal RE.
그러면, 인히비트 플립플롭(6)이 리세트되어 출력단자(Q)로 저전위를 출력하고, 출력단자(Q)로 출력한 저전위에 의해 낸드 게이트(9)가 계속 고전위를 출력하게 되므로 출력 스위칭부(10)가 동작하지 않아 부하에 전원이 공급되지 않게 된다.Then, the inhibit flip-flop 6 is reset to output the low potential to the output terminal Q, and the NAND gate 9 continues to output the high potential due to the low potential output to the output terminal Q. Since the switching unit 10 does not operate, power is not supplied to the load.
또한 부하의 전원을 오프하거나 또는 부하를 연결하지 않아 부하로 공급되는 전원이 없을 경우에 검출용 저항(R1)에서의 전압 강하가 발생하지 않으므로 제 1 비교기(1)가 저전위를 출력하여 인히비트 플립플롭(6)에 세트되지 못하므로 낸드 게이트(9)가 계속 고전위를 출력하고, 출력 스위칭부(10)가 동작하지 않아 부하에 전원을 공급하지 않게 된다.In addition, since there is no voltage drop in the detection resistor R1 when there is no power supplied to the load because the power of the load is turned off or the load is not connected, the first comparator 1 outputs a low potential to inhibit the bit. Since the NFL gate 9 continues to output the high potential because the flip-flop 6 is not set, the output switching unit 10 does not operate to supply power to the load.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 입력되는 직류전원의 레벨이 변동되어도 이 입력 직류전원을 스위칭하여 부하에는 안정된 직류전원을 공급할 수 있고, 또한 부하로 전원이 공급되지 않거나 부하로 저전압이 공급될 경우에 전원을 차단시켜 필요 없는 전력 소모를 미연에 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, even if the level of the input DC power is changed, it is possible to supply a stable DC power to the load by switching the input DC power, and also when the power is not supplied to the load or the low voltage is supplied to the load. Power can be turned off to prevent unnecessary power consumption.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20121031 Year of fee payment: 12 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |