KR20000073630A - Overcurrent protection circuit for switched mode power supply - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로에 관한 것으로, 특히 자동전압 조정장치(이하 "SMPS"라 약칭 함)에 있어서, 스위칭 소자에 과대 전류가 흐름으로 인해 파손되는 것으로부터 보호하도록 한 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overcurrent protection circuit of an automatic voltage regulator, particularly in an automatic voltage regulator (hereinafter abbreviated as "SMPS"), in which an automatic voltage is provided to protect against damage from excessive current flow to a switching element. An overcurrent protection circuit of a regulating device.
도 1은 종래 알씨씨(RCC) 방식의 SMPS의 구성을 보인 회로도이고, 도 2는 도 1의 동작을 보인 파형도로서, 이에 도시된 바와 같이 교류라인의 전원에 대해 정류기를 거쳐 정류된 직류 링크단의 전원은 인덕터(Np)의 일측에 연결되어 있고, 타측은 스위칭 소자(Tr1)의 콜렉터에 연결되어 있어, 상기 스위칭 소자(Tr1)의 온/오프에 따라 상기 인덕터(Np)에 전류를 흘려주게 됨으로써, 이 인덕터(Np)에 에너지가 축적되며, 이를 2차측 인덕터(Ns)에 전달하여 전원을 발생시키는데, 발생되는 전압(Vo) 값은 제너 다이오드(ZD)와 인덕터(Nb, Ns) 값에 따른다.FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional RCC SMPS, and FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of FIG. 1, and a DC link rectified through a rectifier with respect to a power source of an AC line as shown therein. The power supply of the stage is connected to one side of the inductor Np, and the other side is connected to the collector of the switching element Tr1, and a current flows through the inductor Np according to on / off of the switching element Tr1. As a result, energy is accumulated in the inductor Np, which is transferred to the secondary inductor Ns to generate power. The generated voltage Vo is a value of the zener diode ZD and the inductors Nb and Ns. Follow.
처음 전원 투입 시 직류 링크단의 포지티브단(+)에 연결된 기동저항(Rg)에 의해 상기 스위칭 소자(Tr1)의 베이스에는 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 스위칭 소자(Tr1)는 턴-온되어 이미터로 전류(ic)가 흐르게 되며, 이에 따라 인덕터(Nb)의 권선에도 전압이 유기되어 전압 Vb가 발생되고, 기동전류(ig)와 유기된 전압(Vb)으로 인한 전류(ib)가 발생하여 상기 스위칭 소자(Tr1)는 계속 턴-온된다.When the power is first turned on, a current flows in the base of the switching element Tr1 by the starting resistor Rg connected to the positive terminal (+) of the DC link terminal. As a result, the switching element Tr1 is turned on and emitter is turned on. The furnace current ic flows, and thus voltage is induced in the winding of the inductor Nb to generate a voltage Vb, and a current ib generated by the starting current ig and the induced voltage Vb is generated. The switching element Tr1 is continuously turned on.
이때, 전류 ic[=ib×hfe(hfe : 스위칭 소자의 전류 증폭율)]는 전류 ib의 양과 비례하여 계속 증가된다.At this time, the current ic [= ib × hfe (hfe: current amplification factor of the switching element)] continues to increase in proportion to the amount of the current ib.
이렇게 계속 전류가 증가하다 전류 ic가 ib×hfe보다 작아지는 시점에서 상기 스위칭 소자(Tr1)는 불포화 영역으로 빠지게 되고, 이에 따라 인덕터(Nb)에 유기되는 전압 Vb가 감소하여 상기 전류 ib도 감소함으로써, 상기 스위칭 소자(Tr1)는 턴-오프된다. 이 스위칭 소자(Tr1)가 턴-오프되면 상기 인덕터(Nb)에 축적되어 있던 에너지는 상기 인덕터(Ns)로 전달되어 출력전류 i2가 흐르게 되고, 이로 인해 Vo가 발생하게 된다.As the current continues to increase, the switching element Tr1 falls into the unsaturated region when the current ic becomes smaller than ib × hfe. Accordingly, the voltage Vb induced in the inductor Nb decreases, thereby decreasing the current ib. The switching element Tr1 is turned off. When the switching element Tr1 is turned off, the energy stored in the inductor Nb is transferred to the inductor Ns so that the output current i2 flows, thereby causing Vo.
그러나, 입력 직류 링크단의 전압이 갑작스런 증가 등으로 인해 전류 ic의 변화량에 대한 스위칭 소자의 보호가 필요하게 되는데, 이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 스위칭 소자의 이미터단에 저항 Rs를 두어 전류 ib=(Vb-Vf-Vbe-Vs)/Rb로 감소시켜 전류 ic의 값을 줄이는 방식과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 도 3의 구성에 트랜지스터(Tr2)를 추가하여 전류 ic가 흐름으로 유기되는 전압 Vs가 일정전압 이상이 되면 상기 트랜지스터(Tr2)가 턴-온되어 스위칭 소자(Tr1)의 베이스에 인가되는 전류를 차단함으로써, 상기 스위칭 소자(Tr1)를 턴-오프시키는 방식이 있으며, 이러한 방법 모두 스위칭 소자의 이미터단에 연결되는 저항은 와트 저항을 써야되고, 이때, 저항으로 흐르는 모든 전류는 Rs×ic2의 값으로 열로 소비된다.However, due to a sudden increase in the voltage of the input DC link stage, it is necessary to protect the switching element against the amount of change in the current ic. For this purpose, as shown in FIG. The current ic is induced to flow by adding a transistor Tr2 to the configuration of FIG. 3 and reducing the value of current ic by reducing it to = (Vb-Vf-Vbe-Vs) / Rb. When the voltage Vs is greater than or equal to a predetermined voltage, the transistor Tr2 is turned on to cut off the current applied to the base of the switching element Tr1, thereby turning off the switching element Tr1. Both resistors connected to the emitter end of the switching element must use a watt resistor, where all current flowing to the resistor is dissipated as heat with a value of Rs × ic 2 .
상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서 입력전압의 갑작스런 변동 등으로 인하여 발생되는 과전류로부터 스위칭 소자들을 보호하기 위한 방법으로 스위칭 소자인 트랜지스터의 이미터단에 와트(Watt) 저항을 두는데, 이 저항의 사이즈가 크고, 저항에 흐르는 전류가 모두 열로 소비되는 문제점이 있었다.As described above, in the prior art, a watt (Watt) resistor is placed at the emitter end of a transistor, which is a switching element, to protect the switching elements from overcurrent generated due to sudden fluctuations in the input voltage. There is a problem in that all of the current flowing through the resistor is consumed by heat.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 입력전압의 갑작스런 변동 등에 의해 1차측 인덕터에 과전압이 발생하면 스위칭 소자의 베이스로 인가되는 전류를 차단하여 스위칭 소자를 보호하도록 하는 회로를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and protects the switching device by blocking current applied to the base of the switching device when an overvoltage occurs in the primary inductor due to a sudden change in the input voltage. The purpose is to provide a circuit.
도 1은 종래 알씨씨(RCC) 방식의 SMPS의 구성을 보인 회로도.1 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional SMPS of the RCC system.
도 2는 도 1의 동작을 보인 파형도.2 is a waveform diagram showing the operation of FIG.
도 3은 종래 과전류 방지를 위한 구성을 보인 예시도.Figure 3 is an exemplary view showing a configuration for preventing the conventional overcurrent.
도 4는 종래 과전류 방지를 위한 구성을 보인 또 다른 예시도.Figure 4 is another exemplary view showing a configuration for preventing the conventional overcurrent.
도 5는 본 발명 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로의 구성을 보인 예시도.5 is an exemplary view showing the configuration of an overcurrent protection circuit of the automatic voltage regulator of the present invention.
도 6은 일반적인 트랜지스터의 포화특성을 보인 그래프.6 is a graph showing the saturation characteristics of a typical transistor.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
100 : 과전류보호부 Tr1 : 스위칭 소자100: overcurrent protection part Tr1: switching element
Tr2 : 트랜지스터 Rg,Rb,R1∼R3 : 저항Tr2: Transistors Rg, Rb, R1 to R3: Resistance
ZD : 제너 다이오드 D1,D2 : 다이오드ZD: Zener Diodes D1, D2: Diodes
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로는 교류라인의 전원에 대해 정류기를 거쳐 정류된 직류 링크단의 전원은 1차측 인덕터의 일측에 연결하고, 타측은 스위칭 소자의 콜렉터에 연결하며, 일측을 직류 링크단의 포지티브단(+)에 연결한 기동저항의 타측을 노드1에 연결하고, 상기 스위칭 소자의 베이스와 이미터를 각각 노드1과 노드2에 연결하며, 일측을 노드2에 연결한 커패시터의 타측을 캐소드를 노드1에 연결한 제너 다이오드의 애노드에 연결하고, 일측을 노드1에 연결한 제1 저항의 타측을 노드3을 통해 제1 다이오드의 캐소드에 연결하며, 애노드를 상기 커패시터의 타측에 연결한 제2 다이오드의 캐소드를 상기 제1 다이오드의 애노드 및 일측을 노드2에 연결한 인덕터의 타측에 연결하여 구성한 알씨씨(RCC) 방식의 SMPS에 있어서, 입력전압의 갑작스런 변동 등에 의해 1차측 인덕터에 과전압이 발생하면 상기 스위칭 소자의 베이스로 인가되는 전류를 차단하여 스위칭 소자를 턴-오프시키는 과전류보호부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The overcurrent protection circuit of the automatic voltage regulating device of the present invention for achieving the above object is connected to the one side of the primary side inductor, the power of the DC link stage rectified via a rectifier with respect to the power of the AC line, the other side of the collector of the switching element The other end of the starting resistor connected to the positive end (+) of the DC link terminal to node 1, and the base and emitter of the switching element to node 1 and node 2, respectively, The other side of the capacitor connected to node 2 is connected to the anode of the zener diode connecting the cathode to node 1, and the other side of the first resistor connecting one side to node 1 is connected to the cathode of the first diode through node 3, An RCC configured by connecting the cathode of the second diode having the anode connected to the other side of the capacitor to the other side of the inductor connecting the anode and one side of the first diode to node 2 In the SMPS system, an overcurrent protection unit for turning off the switching element by cutting off the current applied to the base of the switching element when an overvoltage occurs in the primary inductor due to a sudden change in the input voltage, do.
상기 과전류보호부는 일측을 노드3에 연결한 제1 저항의 타측을 노드4를 통해 각각 제2 저항 및 제3 저항의 일측에 각각 연결하고, 상기 제2 저항의 타측을 노드2에 연결하며, 콜렉터를 상기 노드2에 연결한 트랜지스터의 이미터를 노드1에 연결하고, 상기 트랜지스터의 베이스를 상기 제3 저항의 타측에 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.The overcurrent protection unit connects the other side of the first resistor connecting one side to node 3 to one side of the second resistor and the third resistor, respectively, through node 4, and connects the other side of the second resistor to node 2, and the collector. Is connected to the node 1 of the transistor connected to the node 2, and the base of the transistor is connected to the other side of the third resistor.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 교류라인의 전원에 대해 정류기를 거쳐 정류된 직류 링크단의 전원은 1차측 인덕터(Np)의 일측에 연결하고, 타측은 스위칭 소자(Tr1)의 콜렉터에 연결하며, 일측을 직류 링크단의 포지티브단(+)에 연결한 기동저항(Rg)의 타측을 노드1에 연결하고, 상기 스위칭 소자(Tr1)의 베이스와 이미터를 각각 노드1과 노드2에 연결하며, 일측을 노드2에 연결한 커패시터(C1)의 타측을 캐소드를 노드1에 연결한 제너 다이오드(ZD)의 애노드에 연결하고, 일측을 노드1에 연결한 제1 저항(Rb)의 타측을 노드3을 통해 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 연결하며, 애노드를 상기 커패시터(C1)의 타측에 연결한 제2 다이오드(D2)의 캐소드를 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드 및 일측을 노드2에 연결한 인덕터(Nb)의 타측에 연결하여 구성한 알씨씨(RCC) 방식의 SMPS에 있어서, 일측을 노드3에 연결한 제2 저항(R1)의 타측을 노드4를 통해 각각 제3 저항(R2) 및 제4 저항(R3)의 일측에 각각 연결하고, 상기 제3 저항(R2)의 타측을 노드2에 연결하며, 콜렉터를 상기 노드2에 연결한 트랜지스터(Tr2)의 이미터를 노드1에 연결하고, 상기 트랜지스터(Tr2)의 베이스를 상기 제4 저항(R3)의 타측에 연결하여 구성한 과전류보호부(100)를 더 포함하여 구성한다.5 is an exemplary view showing the configuration of an overcurrent protection circuit of the automatic voltage regulator of the present invention. As shown in FIG. 5, the power supply of the DC link stage rectified through the rectifier with respect to the power supply of the AC line is the primary inductor Np. One side, the other side is connected to the collector of the switching element (Tr1), the other side of the start resistance (Rg) connected to the positive terminal (+) of the DC link terminal to node 1, and the switching element ( The base and emitter of Tr1) are connected to node 1 and node 2, respectively, and the other side of capacitor C1 connecting one side to node 2 is connected to the anode of the zener diode ZD connecting the cathode to node 1, The second diode D2 connecting the other side of the first resistor Rb connecting one side to node 1 to the cathode of the first diode D1 through node 3 and the anode connected to the other side of the capacitor C1. The cathode of the anode and one side of the first diode (D1) In the RCC type SMPS configured by connecting to the other side of the inductor Nb connected to 2, the other side of the second resistor R1 connecting one side to the node 3 is connected to the third resistor through the node 4, respectively. The emitter of the transistor Tr2 connecting R2) and one side of the fourth resistor R3, the other side of the third resistor R2 to node 2, and the collector connected to the node 2 are connected to node 1, respectively. And an overcurrent protection unit 100 formed by connecting the base of the transistor Tr2 to the other side of the fourth resistor R3.
이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정을 첨부한 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 6 attached to the operation of the embodiment according to the present invention configured as described above are as follows.
도 6은 일반적인 트랜지스터의 포화특성을 보인 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 직선의 기울기는 권선 Np의 인덕턴스에 따르며, 트랜지스터(Tr2)는 전류 ib에 따라 전류 ic값이 결정되는데, ib값이 작은 B점보다 ib값이 큰 A점에서 보다 많은 콜렉터 전류 ic가 흐르게 되므로, 활성영역(ic=hfe×ib)에 놓여진 트랜지스터(Tr2)는 이 포화특성 그래프에 의해서 전류 ib값을 통해 ic의 값을 알 수 있다.6 is a graph showing the saturation characteristics of a typical transistor. As shown in FIG. 6, the slope of the straight line depends on the inductance of the winding Np, and the transistor Tr2 determines the current ic value according to the current ib. Since more collector current ic flows at point A where the ib value is larger than the point, the transistor Tr2 placed in the active region (ic = hfe × ib) knows the value of ic through the current ib value based on this saturation characteristic graph. Can be.
상기에서와 같은 특성을 이용한 본 발명은 도 5에 도시한 바와 같이 도 1의 구성에 스위칭 소자(tR1)의 베이스 저항인 제1 저항(Rb)과 제1 다이오드(D1) 사이에 제 2,3,4 저항(R1∼R3)과 트랜지스터(Tr2)를 연결하여 구성한 것으로, 종래와 동일하게 동작하다가, 입력 전압의 갑작스런 변동 등으로 인해 과전압이 권선 Np에 걸리는 경우 이에 비례하여 권선 Nb에도 과전압이 걸림으로 인해 Vb가 증가하게 된다.As shown in FIG. 5, the present invention using the characteristics as described above includes a second and third electrodes between the first resistor Rb and the first diode D1, which are the base resistors of the switching element tR1 in the configuration of FIG. 1. 4 resistors R1 to R3 and transistor Tr2 are connected to each other, and operate in the same manner as in the prior art, but when overvoltage is applied to winding Np due to sudden change in input voltage, the overvoltage is also applied to winding Nb in proportion to it. This causes an increase in Vb.
이때, 전압 Vb는 상기 제1 다이오드(D1)의 순방향 전압 강하값을 뺀 전압으로 노드3에 걸리게 되고, 이 노드3에 걸리는 전압에 따라 노드4에 걸리는 전압이 결정되어 소정의 전압 이상의 값이 상기 노드3에 걸리면 트랜지스터(Tr2)는 턴-온되어 스위칭 소자(Tr1)의 베이스로 흐르는 전류 ib를 노드2로 빠지게 함으로써, 상기 스위칭 소자(Tr1)를 턴-오프시켜 이 스위칭 소자(Tr1)를 보호하게 된다.At this time, the voltage Vb is applied to the node 3 by subtracting the forward voltage drop of the first diode D1, and the voltage applied to the node 4 is determined according to the voltage applied to the node 3 so that a value equal to or greater than a predetermined voltage is determined. When caught by node 3, transistor Tr2 is turned on to draw current ib flowing to base of switching element Tr1 to node 2, thereby turning off switching element Tr1 to protect this switching element Tr1. Done.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 자동전압 조정장치의 과전류 보호회로는 스위칭 소자의 콜렉터와 이미터간의 전류를 직접 센싱하지 않고, 간접적으로 스위칭 소자의 베이스로 흐르는 전류를 제어함으로써, 와트저항을 이용하지 않아도 과전류를 차단할 수 있어 가격 및 사이즈를 줄일 수 있으며, 또한 상기 스위칭 소자의 베이스로 흐르는 전류는 콜렉터에 흐르는 전류에 비해 1/fec 전류만 흐름으로 인하여 저항에 의한 열소비를 억제하는 효과가 있다.As described above, the overcurrent protection circuit of the automatic voltage regulator of the present invention does not directly sense the current between the collector and the emitter of the switching element, and indirectly controls the current flowing to the base of the switching element, thereby eliminating the need for a wattage resistor. Since the overcurrent can be cut off, the price and size can be reduced, and the current flowing to the base of the switching element has the effect of suppressing heat consumption due to resistance because only 1 / fec current flows compared to the current flowing to the collector.
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| KR1019990017052A KR20000073630A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Overcurrent protection circuit for switched mode power supply |
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| KR1019990017052A KR20000073630A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Overcurrent protection circuit for switched mode power supply |
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| KR1019990017052A KR20000073630A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Overcurrent protection circuit for switched mode power supply |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100502784B1 (en) * | 2002-04-12 | 2005-08-17 | 스마트전자 주식회사 | Ozone generator |
| KR100698841B1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-03-22 | (주)에타솔라 | Apparatus with roof tile type photovoltaic module |
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1999
- 1999-05-12 KR KR1019990017052A patent/KR20000073630A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR100502784B1 (en) * | 2002-04-12 | 2005-08-17 | 스마트전자 주식회사 | Ozone generator |
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