KR20010003354A - 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치에 관한 것으로, 전환식 전압 공급장치(SMPS)의 입력전압을 감지하여 허용전압 상한치일 경우 SMPS의 입력전압을 차단시켜 SMPS의 내부소자를 보호해 고장을 방지하는 장치에 관한 것으로써, SMPS에 입력되는 고전압을 감지할 때 별도의 동작전원이 필요없는 레귤레이터 다이오드를 사용하여 포토커플러를 온/오프시키므로서 정상상태와 이상상태의 신호를 절연시켜 전송하므로, 절연트랜스, 동작전원등이 필요하지 않고, 또한 상기 포토커플러에서 출력된 신호로 입력단의 차단 스위치 역할을 하는 코일의 온/오프를 구동시켜 입력전원을 차단하므로써 SMPS의 파손을 방지하는 이점을 제공한다.

Description

전원공급장치의 고전압 입력 차단장치{Input cut-off device in case of over input voltage in power supply}

본 발명은 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전환식 전압 공급장치(Switching Mode Power Supply : 이하 SMPS이라 칭한다)의 입력전압을 감지하여 허용전압 상한치일 경우 SMPS의 입력전압을 차단시켜 SMPS의 내부소자를 보호해 고장을 방지하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 SMPS는 반도체 스위치 소자와 반도체 집적회로, 커패시터, 인덕터 등으로 구성된 부성저항 특성 입력 기기이다. 부성저항 입력특성을 가지므로 입력전압이 증가하면 입력전류가 감소하고 입력전압이 감소하면 입력전류가 증가한다. 다시말하면 입력전압이 높을 때는 각 소자들의 전압 스트레스가 증가되어 입력전압이 전압 허용범위 상한치 이상으로 증가하는 경우 고장의 원인이 되고 있다.

따라서 입력전압이 상한치 이상이 될 때 기기의 파손을 막기 위한 입력차단회로가 반드시 필요하다.

이러한 입력 고전압 보호회로는 크게 아날로그(Analog) 회로 방식에 의한 제어 방식과, 디지틀(Digital) 회로 방식에 의한 제어방식으로 구성된다.

아날로그 회로방식은 절연 변압기 회로, 기준전압 발생회로, 입력전압 고전압 비교회로, 입력전압 상한치 신호 혼합회로 그리고 이 회로들을 동작시키기 위한 전원회로로 구성되며, 디지틀 회로 방식은 절연 변압기 회로, 인터페이스 회로, 입력 전압 A/D 변환회로, 연산회로, 검출된 입력전압을 처리하기 위한 소프트웨어 그리고 이 회로들을 동작시키기 위한 전원회로로 구성된다.

그러나 상기와 같은 구성을 가지는 기존의 입력 고전압 보호회로들은 매우 복잡하고 또한 입력을 완전히 차단하지 않기 때문에 입력전압이 AC정류용 커패시터의 내압 이상으로 상승하면 소자가 파괴되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해, 기존의 입력 고전압 보호회로의 기능을 모두 구현하면서 기준전압 발생회로, 동작전원, 절연 변압기 등이 필요 없는 간단한 구조를 구비하고, 특히 입력전원을 차단하여 전압상승에 의한 소자의 파괴를 막을 수 있도록 하는 고전압 차단장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 입력 고전압 차단장치의 상세 회로도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : SMPS 2 : 코일

3 : 릴레이 4 : 스위치

5 : 입력 고전압 감지부 6 : 제어신호 출력부

11 : 전파정류 회로부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입력 고전압 차단 장치는 전파정류수단을 거친 전환식 전원공급장치(SMPS) 입력단의 양측에 연결되어 SMPS에 인가되는 고전압을 감지하는 입력 고전압 감지부와;

상기 고전압 감지부의 고전압 감지에 따라 상기 SMPS에 입력되는 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어신호 출력부와;

상기 전파정류수단을 거치지 않은 SMPS의 입력단의 양측에 각각 연결되어, 상기 제어신호 출력부에서 출력되는 신호에 따라 SMPS로 입력되는 전원의 공급을 차단하는 입력차단 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 구현하기 위한 이론을 설명한다.

SMPS는 보편적으로 일정한 출력전압의 직류 정전압 전원장치이다. 최대 부하 전류는 입력전압에 관계없이 일정값을 가지는 출력 정전력 특성이 된다. 입력전력은 SMPS의 출력전력과 효율에 관계되므로 다음 식(1)과 같다.

(1)

( P_IN: 입력전력, P_out: 출력전력, η : 효율 )

상기 식 (1)에서 출력전력(P_out)과 효율(η)이 일정하다고 하면 입력전력(P_IN)은 일정한 값이 된다. 또한 입력전력은 입력전압과 입력전류의 관계이므로 다음 식 (2)와 같다.

(2)

( P_IN: 입력전력, V_IN: 입력전압, I_IN: 입력전류 )

상기 식 (2)에서 입력전력(P_IN)이 일정하다고 보면 V_IN과 I_IN은 서로 반비례하게 되어 식 (3)과 같이 표현된다.

(3)

즉, 전원장치의 입력특성은 입력전압과 입력전류가 반비례하는 부성저항 특성이 되어 입력전압이 증가하면 입력전류가 감소하고 입력전압이 감소하면 입력전류가 증가한다. 즉 SMPS는 입력전압이 높아지면 전압 스트레스를 받게된다.

따라서 SMPS 내부의 소자들이 전압 스트레스로 인해 파괴되는 것을 방지하기 위해 입력전압이 허용범위의 상한치 이상으로 상승하면 SMPS의 입력콘덴서등 내부소자가 파괴되기 때문에 SMPS의 입력전원을 차단해 SMPS를 보호해 주어야 하는 바, 도 1은 이러한 역할을 하는 본 발명에 의한 고전압 차단회로를 나타낸다.

전압을 공급하는 SMPS(1) 입력단의 +,-전위단(a, b)에 각각 연결된 입력차단용 코일(2)과;

상기 입력단에서 입력되는 AC를 정류하여 DC화 시킨다음 SMPS(1)로 출력하는 전파정류 회로부(11)와;

상기 전파정류 회로부(11) 출력단의 +,-전위단(c, d)에 각각 연결되어 SMPS(1)에 인가되는 고전압을 감지하는 입력 고전압 감지부(5)와;

상기 고전압 감지부(5)의 고전압 감지에 따라 상기 코일의 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제어신호 출력부(6)와;

상기 SMPS(1) 입력단의 +,-전위단(a, b) 사이에 연결되며, 상기 제어신호 출력부(6)에서 출력되는 신호에 따라 온/오프 되는 스위치(4); 및

상기 스위치(4)와 코일(2) 사이에 연결되며, 스위치(4)의 온/오프 동작에 따라 상기 코일(2)의 온/오프 동작을 제어하는 릴레이(3)를 구비한다.

상기 입력 고전압 감지부(5)는 전압을 분압하는 제 1, 제 2 저항(R1, R2)과;

상기 각 저항 사이에 연결된 제 1캐패시터(C1)와;

상기 캐패시터(C1)와 입력단의 -전위단(d)에 연결되어, 입력되는 전압이 기준전압보다 낮으면 차단되는 레귤레이터 다이오드(RD1)와;

상기 제 2 저항(R2)과 상기 레귤레이터 다이오드(RD1) 사이에 병렬로 연결된 제 2 캐패시터(C2)를 구비한다.

상기 제어신호 출력부(6)는 상기 제 1 캐패시터(C1)와 입력단의 -전위단(d)에 병렬로 연결된 제너다이오드(ZD1)와;

상기 제 1, 제 2 저항(R1, R2)과 각각 대칭되게 연결된 제 3, 제 4 저항(R3, R4)과;

상기 제 4 저항(R4)과 입력단의 -전위단(d) 사이에 연결된 포토커플러의 발광소자(PC1a)와;

상기 발광 소자의 빛을 수광하는 포토커플러의 수광소자(PC1b)와;

상기 수광 소자(PC1b)와 일측이 직렬로 연결되며, 타측은 전원전압(Vcc)에 연결되는 릴레이(RY1a)를 구비한다.

이때 상기 릴레이 동작은 스위치(4)를 연동시킨다(릴레이의 동작에따른 일측이 도 1에 RY1b라 표기되어 있음).

상기와 같이 구성된 고전압을 차단하는 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 레귤레이터 다이오드(RD1)는 별도의 동작전원 없이 캐소드(Cathode)와 애노드(Anode) 사이에 흐르는 전류로 동작하며, 자체적으로 기준전압(Reference Voltage)을 만들어 기준(Reference) 단자의 전압과 비교하여 기준전압(2.495V)보다 높은 전압이 입력되면 레귤레이터 다이오드(RD1)의 캐소드(K)에서 애노드(A)를 도통시킨다.

기준단자 전압이 2.495V 미만일 때는 포토커플러의 동작을 위해 전원을 공급받으려고 캐소드(K)에서 애노드(A)사이로 1mA 미만의 소량의 전류만 흐르게 된다.

이러한 특성을 이용해 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)으로 분압된 값이 2.495V 이상이 되어야만 레귤레이터 다이오드(RD1)가 온(on)이 되고 2.495V 이하에서는 레귤레이터 다이오드(RD1)가 오프(off) 되도록 설정하여 입력 고전압 감지기능을 구현한다. 제어신호 출력의 처리는 레귤레이터 다이오드(RD1)가 온된 상태를 입력 고전압 상태로 정하고 신호의 전송은 포토커플러의 발광소자(PC1b)를 오프시키므로써 이루어진다.

이때 상기 입력 고전압 감지부(5)의 설정전압은 식(4)와 같다.

(4)

이때 시정수는 식(5)와 같다.

(5)

시정수가 길어질수록 감지속도가 둔해지므로 보호속도는 늦어지지만 잡음에 의한 오동작이 줄어든다.

입력 고전압 상태가 되면 레귤레이터 다이오드(RD1)의 캐소드(K)에서 애노드(A)로 전류가 흐르게 되어 제 3 저항(R3), 제 4 저항(R4), 발광소자(PC1a)로 흐르던 전류를 바이패스(Bypass)하게 되어 포토커플러를 오프시키게 된다.

이때 제너다이오드(ZD1)는 비정상적인 어떤 순간에라도 레귤레이터 다이오드(RD1)에 공급되는 전압이 27V를 초과하지 않도록 보호하는 보호회로이다.

이상과 동작 과정에 따라 본 발명은 입력전압이 정상상태일 경우에는 포터커플러를 온시키고 고전압 상태일 경우에는 포토커플러를 오프시키므로써 신호를 절연시켜 전송하므로 별도의 절연회로를 필요로 하지 않는다.

이어 상기 포토커플러에서 신호가 출력되면 상기 포토커플러에 연결된 릴레이(RY1a, RY1b(이때 RY1b는 b접점에서 동작한다))가 동작하게 되고, 이에 따라 릴레이에 연결된 스위치(4)가 온된다. 이어 스위치(4)가 온됨에 따라 릴레이(3)가 동작하게 되고 이에 연결되어 있던 코일(2)이 끊어지게 되므로써 SMPS(1)로 입력되는 고전압을 차단하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 SMPS에 입력되는 고전압을 감지할 때 별도의 동작전원이 필요없는 포토커플러를 사용하여 이를 온/오프시키므로서 정상상태와 이상상태의 신호를 절연시켜 전송하므로, 절연트랜스, Vcc동작전원등이 필요하지 않고, 또한 상기 포토커플러에서 출력된 신호로 입력단의 차단 스위치 역할을 하는 코일의 온/오프를 구동시켜 입력전원을 차단하므로써 SMPS의 파손을 방지하는 이점을 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

1. 전파정류수단을 거친 전환식 전원공급장치(SMPS) 입력단의 양측에 연결되어 SMPS에 인가되는 고전압을 감지하는 입력 고전압 감지부와;

   상기 고전압 감지부의 고전압 감지에 따라 상기 SMPS에 입력되는 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어신호 출력부와;

   상기 전파정류수단을 거치지 않은 SMPS의 입력단의 양측에 각각 연결되어, 상기 제어신호 출력부에서 출력되는 신호에 따라 SMPS로 입력되는 전원의 공급을 차단하는 입력차단 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 입력 고전압 감지부는 입력되는 전압을 분배하는 전압분배부와;

   상기 전압분배부에 연결되는 캐패시터와;

   상기 전압분배부와 병렬로 연결되며, 전압분배부에서 분배된 전압이 설정된 기준전압 보다 낮으면 차단되는 레귤레이터 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제어신호 출력부는 상기 입력 고전압 감지부와 병렬로 연결되어 레귤레이터 다이오드에 고전압이 인가되지 않도록 방지하는 제너다이오드와;

   상기 고전압 감지부에서 출력되는 전압 감지 신호에 따라 동작하는 포토커플러와;

   상기 포토커플러의 수광 소자와 일측이 직렬로 연결되고, 타측은 전원전압에 연결되어 고전압이 인가되었을 경우 SMPS로의 전압입력을 차단하도록 동작하는 릴레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 입력차단 수단은 상기 SMPS 입력단의 양측에 각각 연결되는 입력차단 스위치와;

   상기 SMPS 입력단에 연결되고, 상기 제어신호 출력부에서 출력되는 신호에 따라 온/오프 되어 상기 입력차단 스위치의 온/오프를 제어하는 릴레이 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 고전압 입력 차단장치.