KR20010061835A - 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로 - Google Patents

스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로에 관한 것으로서, 전원공급기의 스위칭 주파수를 감지하여 이상동작을 검출하는 실시예와 전원공급기의 출력전압을 감지하여 이상동작을 검출하는 실시예가 개시된다.
하나의 실시예는 전원공급기의 스위칭 주파수를 조사하여 스위칭 주파수가 기 규정된 정상 스위칭 주파수 범위에서 일탈한 경우 전원공급기의 이상상태를 표시하는 신호를 출력하도록 구성된다. 그리고, 또 하나의 실시예는 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태를 감지하여 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 과전압 검출수단, 및 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태를 감지하여 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 저전압 검출수단으로 구성된다.
본 발명을 사용하면, 스위칭 구동형 전원공급기의 스위칭 동작을 직접 검사함으로서 1차 입력회로 및 2차 출력회로를 신속히 보호할 수 있고, 또한 전원공급기의 출력전압을 간단하게 직접 감시할 수 있는 효과가 있다.

Description

스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로{Circuit of detecting abnormal states of power supplys drived by switching operation}
본 발명은 전원공급기의 이상동작 검출회로에 관한 것으로서, 특히 스위칭 구동형 전원공급기(power supply)의 스위칭 동작을 직접 검사함으로서 1차 입력회로 및 2차 출력회로를 신속히 보호할 수 있고, 또한 전원공급기의 출력전압을 간단하게 직접 감시할 수 있도록 한 전원공급기의 이상동작 검출회로에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 스위칭 구동형 전원공급기의 구성도로서, 전원공급기에 입력된 교류(AC)신호는 입력정류부(110)와 입력평활부(120)를 거쳐 직류(DC) 신호로 변환된 후, 트랜스포머 및 스위칭 제어부(130)에 의하여 목적 전압을 얻게 된다. 그리고, 출력단의 출력정류부(140)와 출력평활부(150)를 통하여 출력된다.
이러한 스위칭 구동형 전원공급기의 특징은 부하의 크기에 따라 스위칭 주파수가 변하는데 있으며, 부하가 증가하면 스위칭 주파수가 감소하고 부하가 감소하면 스위칭 주파수가 증가하게 된다.
종래에는 스위칭 구동형 전원공급기 출력단에 과부하가 걸릴 때의 전원공급기 보호를 위하여 입력측에 휴즈를 설치하였으며, 또한 중요 전원단에는 전용감시소자를 설치하여 이상동작으로 인한 고장을 막도록 하였다.
그러나 입력측에 휴즈를 설치하는 주 목적은 회로파괴에 따른 2차 피해의 방지에 있으며, 내부 회로의 파괴를 막기 위해서는 속단형 정밀 전류검출 휴즈를 사용해야 하는데, 이러한 소자를 사용하면 제작비가 많이 소요되고 회로의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스위칭 구동형 전원공급기의 스위칭 동작을 직접 검사함으로서 1차 입력회로 및 2차 출력회로를 신속히 보호할 수 있고, 또한 전원공급기의 출력전압을 간단하게 직접 감시할 수 있도록 한 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 스위칭 주파수를 이용하여 전원공급기의 이상동작을 검출하는 회로는 전원공급기의 스위칭 주파수를 조사하여 상기 스위칭 주파수가 기 규정된 정상 스위칭 주파수 범위에서 일탈한 경우 상기 전원공급기의 이상상태를 표시하는 신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 이상동작 검출회로는 상기 전원공급기에서 스위칭 되는 구형파를 입력신호로 받는 포토 커플러; 일정 시간동안 상기 포토 커플러의 출력단에 나타나는 펄스의 수를 카운팅하는 동작을 주기적으로 수행하는 카운터부; 및 상기 카운터부에서 카운팅된 값을 기 규정된 값과 비교하여 기 규정된 값에서 일탈한 경우에는 이상동작신호를 출력하는 주파수 이상 판단부를 포함하도록 구성하여 바람직하게실시할 수 있다.
한편, 전원공급기의 출력전압을 직접 감시함으로서 전원공급기의 이상여부를 감지하는 이상동작 검출회로는 상기 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태를 감지하여 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 과전압 검출수단; 및 상기 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태를 감지하여 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 저전압 검출수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 과전압 검출수단은 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R5과 R6, 및 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R7과 제너 다이오드; 마이너스 입력단으로 상기 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R1을 통해 상기 제너 다이오드에 인가되는 전압을 입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R2를 가지는 제1 비교기; 및
상기 제1 비교기의 출력전압이 상기 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태에 있으면 이를 감지하여 상기 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 상승에지 검출부를 포함하도록 구성하여 바람직하게 실시할 수 있다.
또한, 상기 저전압 검출수단은 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R5과 R6, 및 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R7과 제너 다이오드; 마이너스 입력단으로 상기 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R3을 통해 상기 제너 다이오드에 인가되는 전압을입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R4를 가지는 제2 비교기; 및
상기 제2 비교기의 출력전압이 상기 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태에 있으면 이를 감지하여 상기 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 하강에지 검출부를 포함하도록 구성하여 바람직하게 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 스위칭 구동형 전원공급기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 이상동작 검출회로의 제1 실시예에 관한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 이상동작 검출회로의 제2 실시예에 관한 구성도,
도 4는 비교기에서 일어나는 히스테리시스 곡선을 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110: 입력정류부 120: 입력평활부
130: 트랜스포머 및 스위칭 제어부 140: 출력정류부
150: 출력평활부
200: 스위칭 주파수를 이용한 이상동작 검출수단
210: 포토 커플러 220: 카운터부
230: 주파수 이상 판단부 301: 제너 다이오드
310: 과전압 검출수단 311: 제1 비교기
315: 상승에지 검출부 320: 저전압 검출수단
321: 제2 비교기 325: 하강에지 검출부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 이상동작 검출회로의 제1 실시예에 관한 구성도로서, 전원공급기의 스위칭 동작을 직접 검사함으로써 1차 입력회로 및 2차 출력회로를 신속히 보호하는 기능을 수행한다.
여기서, 전원공급기에 입력된 교류(AC)신호를 직류신호로 변환하는 입력정류부(110)와 입력평활부(120), 트랜스포머 및 스위칭 제어부(130), 그리고 출력단의 출력정류부(140)와 출력평활부(150)는 도 1에 도시한 구성요소와 그 기능이 동일하다.
본 발명에 따른 이상동작 검출회로(200)의 제1 실시예는 출력정류부(140)로부터 출력되는 구형파를 대상으로 전원공급기의 이상동작을 직접 판별한다. 즉, 스위칭 구동형 전원공급기의 스위칭 주파수가 부하의 상태에 따라 변화하는 점을 이용하여, 스위칭 주파수가 기 규정된 정상동작 영역내의 주파수 범위를 일탈하면 이를 자동으로 감지하여 이상상태를 표시하는 신호를 출력한다.
이러한 기능을 수행하기 위한 바람직한 일 실시예는 포토 커플러(210)를 사용하여 출력정류부(140)에서 출력되는 구형파를 절연된 신호로 받아 구형파 펄스를 감지하고, 감지된 펄스를 카운터부(220)에서 카운트함으로써 측정된 주파수가 사용자가 정의내린 주파수 영역 이내에 존재하는지를 판별하는 것이다.
이 때, 카운터부(220)는 일정시간 간격으로 계속 포토 커플러(210)를 통해 전해지는 펄스의 수를 카운트하도록 하되, 매 시간간격마다 새로 카운팅을 수행하도록 한다.
그리고, 주파수 이상 판단부는 카운터부(220)의 카운팅 동작이 종료하는 시점에서 카운터부(220)의 출력값이 기 규정된 범위내에 있는지를 판단하고, 기 규정된 범위에서 일탈된 경우에는 이상동작을 표시하는 신호를 출력한다.
도 3은 본 발명에 따른 이상동작 검출회로의 제2 실시예에 관한 구성도로서, 전원공급기의 출력단 전압을 감시하여 이상동작의 여부를 판단한다.
이러한 이상동작 검출회로의 제2 실시에는 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태를 감지하여 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 과전압 검출수단(310), 및 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태를 감지하여 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 저전압 검출수단(320)으로 이루어진다.
이 때, 전원공급기의 출력단에는 저항 R5와 R6이 직렬로 연결되어 접지되어 있으며, 또한 저항 R7과 제너 다이오드(301:ZD)가 직렬로 연결되어 접지되어 있는데, 제너 다이오드(301)는 기준전압을 설정하기 위하여 사용되는 소자이다.
한편, 과전압 검출수단(310)은 마이너스 입력단으로 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R1(312)을 통해 제너 다이오드(301)에 인가되는 전압을 입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R2(313)를 가지는 제1 비교기(311), 및 제1 비교기(311)의 출력전압이 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태에 있으면 이를 감지하여 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 상승에지 검출부(315)로 이루어진다.
또한, 저전압 검출수단(320)은 마이너스 입력단으로 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R3(322)을 통해 제너 다이오드(301)에 인가되는 전압을 입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R4(323)를 가지는 제2 비교기(321), 및 제2 비교기(321)의 출력전압이 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태에 있으면 이를 감지하여 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 하강에지 검출부(325)로 이루어진다.
도 4는 도 3의 비교기(311,321)에서 일어나는 히스테리시스 현상을 도시한 것으로서, 제1 비교기(311)를 통해 도 4에 도시한 히스테리시스 곡선을 설명하기로 한다. 물론 제2 비교기(321)의 경우에도 동일한 과정이 적용되며, 실선이 제1 비교기(311)의 히스테리시스 곡선이고 점선이 제2 비교기(321)의 히스테리시스 곡선이다.
제1 비교기(311)의 출력전압(Vo)이 로우상태(Vol)로 되어 있는 상태라면 제1 비교기(311)의 플러스 입력단자의 전압 Vi는 다음의 수학식 1과 같이 바이어스 되고, 입력이 Vc1이상이 되지 않으면 Vo는 반전되지 않는다.
그러나, 입력전압 Vi가 Vc1이상이 되면 출력이 Voh로 반전되고, 제1 비교기(311)의 플러스 입력단자의 전압은 다음의 수학식 2와 같이 된다.
즉, 입력은 Vc2이하가 될 때까지 반전하지 않게 된다. 그러므로 Vc1-Vc2와 같은 불감대를 가지게 된다.
이를 참조하여 도 3의 과전압 검출수단(310)과 저전압 검출수단(320)의 기능을 설명하기로 한다.
먼저 과전압 검출수단(310)의 제1 비교기(311)는 제너 다이오드(301)에 인가되는 전압인 기준전압 Vz에 대해 피측정전압인 저항 R6에 인가되는 전압이 증가할 때는 계속 정상적인 출력전압을 유지하다가 도 4에 도시한 바와 같이 저항 R6에 인가되는 전압이 Vc1에 도달하는 시점에서 상승하기 시작한다. 그러므로 상승에지 검출부(315)는 제1 비교기(311)의 출력신호에서 상승에지를 검출하고, 이를 검출하면 과전압 경보신호를 출력한다.
한편, 저전압 검출수단(320)의 제2 비교기(321)는 기준전압 Vz에 대해 피측정전압인 저항 R6에 인가되는 전압이 감소할 때는 계속 정상적인 출력전압을 유지하다가 도 4에 도시한 바와 같이 저항 R6에 인가되는 전압이 Vc2에 도달하는 시점에서 하강하기 시작한다. 그러므로 하강에지 검출부(325)는 제2 비교기(321)의 출력신호에서 하강에지를 검출하고, 하강에지를 검출하면 저전압 경보신호를 출력한다.
본 발명을 사용하면, 스위칭 구동형 전원공급기의 스위칭 동작을 직접 검사함으로서 1차 입력회로 및 2차 출력회로를 신속히 보호할 수 있고, 또한 전원공급기의 출력전압을 직접 감시할 수 있다.
따라서, 저렴한 비용으로 전원공급기의 이상유무를 판별할 수 있으므로, 스위칭 구동형 전원공급기에 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작을 검출하는데 있어서, 상기 전원공급기의 스위칭 주파수를 조사하여 상기 스위칭 주파수가 기 규정된 정상 스위칭 주파수 범위에서 일탈한 경우 상기 전원공급기의 이상상태를 표시하는 신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출수단은,
    상기 전원공급기에서 스위칭 되는 구형파를 입력신호로 받는 포토 커플러;
    일정 시간동안 상기 포토 커플러의 출력단에 나타나는 펄스의 수를 카운팅하는 동작을 주기적으로 수행하는 카운터부; 및
    상기 카운터부에서 카운팅된 값을 기 규정된 값과 비교하여 기 규정된 값에서 일탈한 경우에는 이상동작신호를 출력하는 주파수 이상 판단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로.
  3. 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작을 검출하는데 있어서, 상기 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태를 감지하여 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 과전압 검출수단; 및
    상기 전원공급기의 출력전압이 기 규정된 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태를 감지하여 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 저전압 검출수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 과전압 검출수단은 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R5과 R6, 및 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R7과 제너 다이오드;
    마이너스 입력단으로 상기 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R1을 통해 상기 제너 다이오드에 인가되는 전압을 입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R2를 가지는 제1 비교기; 및
    상기 제1 비교기의 출력전압이 상기 과전압 판단용 기준값으로부터 상승하는 상태에 있으면 이를 감지하여 상기 과전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 상승에지 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 저전압 검출수단은 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R5과 R6, 및 상기 전원공급기의 출력단에 직렬연결되어 접지된 저항 R7과 제너 다이오드;
    마이너스 입력단으로 상기 저항 R6에 인가되는 전압을 입력받고, 플러스 입력단으로는 저항 R3을 통해 상기 제너 다이오드에 인가되는 전압을 입력받으며, 출력단과 플러스 입력단 사이의 궤환저항 R4를 가지는 제2 비교기; 및
    상기 제2 비교기의 출력전압이 상기 저전압 판단용 기준값으로부터 하강하는 상태에 있으면 이를 감지하여 상기 저전압 상태를 지시하는 신호를 출력하는 하강에지 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 구동형 전원공급기의 이상동작 검출회로.
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