KR200145425Y1 - 전원공급장치의 과전류 보호회로 - Google Patents

Abstract

전원공급장치 및 전원공급장치의 출력단에 접속된 부하들을 과전류로 부터 보호해 주는 회로에 관한 것으로 전원공급장치의 출력전압을 검출하고, 검출한 출력전압에 이상이 있을 경우에 전원공급장치의 출력전압을 차단시켜 줌으로써 전원공급장치의 각 구성소자나 부하의 비정상적인 동작에 의한 전원단과 부하의 과열 및 전력손실을 방지하고, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 복수 개의 출력을 가진 전원공급장치인 경우에는 출력전압을 연동하여 단속시켜줄 수 있다.

Description

전원공급장치의 과전류 보호회로

본 고안은 직류전원 공급장치에서 부하로 과전류가 흐르는 것을 방지하는 전원공급장치의 과전류 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로 전자, 전기기기에는 상용교류(AC) 전원을 기기가 사용할 수 있도록 소정의 직류(DC) 전원으로 변환시켜 주는 장치인 직류전원 공급장치가 필요하다. 도 1은 이러한 직류 전원공급장치 중에서 스위칭 모드 전원공급장치(SMPS: Switching Mode Power Supply)의 일예를 나타내는 블록도이며, 그 구성 및 개략적인 동작원리는 다음과 같다.

입력 정류회로부(11)는 교류전원 입력부(10)를 통해 입력되는 상용교류(AC) 전원을 직류로 정류하여 스위칭 변압부(14)와 스위칭 제어부(12)에 인가한다. 상기 스위칭 제어부(12)는 입력 정류회로부(11)의 출력단으로부터 인가되는 직류전원에 의해 동작하며, 미리 설정된 주파수를 가지는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: 이하“PWM”이라한다) 신호를 발생한다. 상기 스위칭 변압부(14)의 1차측과 스위칭 제어부(12) 사이에 접속되어 있는 스위칭 출력부(13)는 스위칭 변압부(14)의 1차측에 인가되고 있는 직류전원을 상기 PWM 신호에 의해 단속함으로써 스위칭 변압부(14)의 2차측에 펄스형태의 전압을 유기시킨다. 이와같이 스위칭 변압부(14)의 2차측에 유기된 전압은 제1, 제2 출력정류 회로부(15,16)를 거치면서 정류 및 평활되어 제1, 제2 직류(DC) 출력전압으로서 출력단에 접속된 부하에 공급된다. 에러검출/궤환부(17)는 스위칭 변압부(14)의 한 2차측 전압을 공급받아 소정의 기준전압과 비교하여, 그 차인 출력전압의 오차신호를 스위칭 제어부(12)로 궤환시킨다. 상기 궤환된 오차신호에 따라 스위칭 제어부(12)는 PWM 신호의 듀티(Duty)비를 변화 시킴으로써 출력전압의 값을 안정시킨다.

도 2는 도 1의 종래의 스위칭 모드 전원공급장치의 전체 블록도 중 출력단 부분으로서, 출력단과 부하 보호를 위한 퓨즈(Fuse)를 포함하고 여러 개의 출력단을 가지는 경우를 나타낸 회로도이며, 그 구성과 동작은 다음과 같다.

스위칭 변압부내의 스위칭 변압기의 복수 개의 2차 권선(N21-N24)은 일단이 공통으로 접지되어 있고, 타단은 각각 다이오드(D21-D24)의 애노드에 접속되었으며, 이 다이오드(D21-D24)의 각 캐소드는 음극이 접지된 극성콘덴서(C21-C24)의 양극에 접속된다. 상기 다이오드(D21-D24)와 극성콘덴서(C21-C24)의 접속점의 전압은 다이오드와 극성콘덴서로 이루어진 출력 정류부의 출력으로, 그 각각이 스위칭 모드 전원공급장치의 서로 다른 직류(DC) 출력전압(V_OUT21-V_OUT24)이다. 상술한 바와 같은 구성의 스위칭 모드 전원공급장치는, 스위칭 변압부의 동작에 따라 서로 다른 권선비를 갖는 2차측 코일(N21-N24)과 각각의 출력 정류회로부를 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변환된 후, 각 전압을 필요로 하는 부하로 인가된다. 그리고, 상기 스위칭 변압기의 2차 권선(N21-N24)의 일단과 다이오드(D21,D22)의 애노드와의 사이에는, 전원공급장치의 부하측으로 정격이상의 과전류가 인가되는 것을 방지해 주기 위해 전류제한용으로 사용되는 퓨즈(F1,F2)가 삽입되어 있다.

상기와 같은 종래의 직류전원 공급장치의 출력단 회로는 부하 또는 2차측 전원소자들의 이상동작으로 인한 과전류 발생시, 퓨즈에 의해 보호받고 있다. 그러나, 일반적으로 퓨즈의 용량을 정격전류의 2-3배 정도로 선정하고 있는 현실로 볼 때, 퓨즈가 용단되지 않은 상태에서 정격전류보다 큰 전류가 계속적으로 또는 단속적으로 흐를 경우에는, 실질적으로 아무런 보호장치가 없는 상태에서 부하 및 전원장치에 과열이 발생되게 되고, 전력손실 또한 증가되게 되며, 따라서, 상기 전원공급장치를 구비한 제품의 성능이 불안정하게 되고, 신뢰성도 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 그리고, 퓨즈가 용단된다 하더라도 전부가 아닌 일부만이 용단될 경우는, 용단되지 않은 출력단의 부하를 통해 역시 전원손실이 발생하게 되는 문제점도 아울러 갖고있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 직류전원 공급장치의 출력전압을 검출하고, 그 값에 따라 출력전압을 단속해 줌으로써, 스위칭 모드 전원공급장치의 각 구성소자나 부하의 비정상적인 동작에 의한 전원단과 부하의 과열 및 전력손실을 방지하고, 전원공급장치의 정격부하에 맞춰 전원단과 부하를 보호할 수 있는 전원공급장치의 과전류 보호회로를 제공함에 있다.

도 1 은 종래의 스위칭 모드 전원공급장치의 개략적인 블럭도,

도 2 는 도 1의 출력단 부분을 나타낸 회로도,

도 3 은 본 고안이 적용된 전원공급장치의 과전류 보호회로의 일실시예를 나타낸 블럭도,

도 4 는 도 3의 상세 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 *

30 : 스위칭 변압부

31 : 출력전압 단속부

31a : 제 1 출력전압 단속부

31b : 제 2 출력전압 단속부

32 : 초기 구동부

32a : 초기구동전원 공급부

32b : 초기구동신호 발생부

33,34 : 출력전압 검출부

N31-N33 : 스위칭 변압기의 2차측 코일

D31-D33 : 다이오드

C31-C33 : 극성 콘덴서

V_OUT31-V_OUT33 : 직류(DC) 출력전압

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로의 특징은, 하나 또는 그 이상의 출력을 가진 전원공급장치의 출력전압을 검출하고, 그 값에 따라 상기 전원공급장치의 출력전압을 단속해 주고, 이와 연동하여 다른 출력전압도 동시에 단속해 주는 회로를 제공한 것에 있다.

이하, 본고안에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로의 바람직한 하나의 실시예를 첨부된 도 3과 도 4의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안이 적용된 전원공급장치의 과전류 보호회로의 일실시예를 나타낸 블록도로서, 하나 이상의 출력전압(V_OUT31-V_OUT33)을 가지는 스위칭 모드 전원공급장치의 출력단에 위치한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 전원공급장치의 스위칭 변압기(30) 2차측으로 유기되는 복수 개의 전압을 정류용 다이오드로 단속하여 출력시켜 줌으로써, 결국 전원공급장치의 출력전압을 단속시켜 주는 출력전압 단속부(31)와, 상기 출력전압 단속부(31)를 초기에 구동시켜주기 위한 회로부로 상기 출력전압 단속부(31)에 초기전류를 공급해 주는 초기구동전원 공급부(32a)와, 상기 출력전압 단속부(31)를 초기에 구동시켜주기 위한 신호를 공급해 주는 초기구동신호 발생부(32b)로 이루어진 초기 구동부(32)와, 스위칭 전원공급장치의 직류 출력전압을 검출하여, 상기 출력전압 단속부(31)를 제어해 주기 위한 출력전압 검출부(33,34)로 구성된다.

도 4는 상술한 바와 같이 구성된 본 고안이 적용된 전원공급장치의 과전류 보호회로의 일실시예를 나타낸 상세 회로도로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 출력전압 단속부(41)는 스위칭 변압기의 출력 펄스전압을 정류용 다이오드(D41,D42)에 전달 또는 차단하는 기능을 가진 스위치 소자(SW1,SW2)와, 상기 스위치 소자(SW1,SW2)를 구동시켜주기 위한 스위칭 소자인 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)로 이루어져 있고, 출력전압 검출부(43,44)는 상기 출력전압 단속부(41)의 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)를 제어해주기 위한 출력전압 검출용 소자(BL1,BL2)로 구성되어 있다. 그리고, 초기 구동부(42)는 상기 출력전압 단속부(41)의 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)를 초기에 구동시켜 주기 위한 콘덴서(C44)와 순방향 다이오드(D44,D45)의 직렬연결이 하나의 출력전압 단자(V_OUT43)와 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스 단자사이에 접속되도록 구성되는 초기구동신호 발생부(42b)와, 상기 출력전압 단속부(41)의 스위치 소자(SW1,SW2)를 초기 구동시켜 주기 위한 전류를 공급해주기 위해 콘덴서(C45)와 순방향 다이오드(D46,D47)의 직렬연결이 하나의 출력전압 단자(V_OUT43)와 스위치 소자(SW1,SW2)의 일단자 사이에 접속되도록 구성되는 초기구동전원 공급부(42a)로 이루어져 있다.

상술한 바와 같이 구성된 전원공급장치의 과전류 보호회로의 동작은 다음과 같다.

스위칭 모드 전원공급장치의 복수 개의 직류(DC) 출력전압중 하나이며, 스위칭 변압부의 동작에 따라 2차측에 유기되어 다이오드(D43)와 극성콘덴서(C43)에 의해 정류 및 평활된 스위칭 소자인 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)의 초기구동전압인 V_OUT43은 콘덴서(C44)와 다이오드(D44,D45)를 통해 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)에 정상적인 바이어스 전압으로 가해지고, 콘덴서(C45)와 다이오드(D46,D47)를 통해서는 출력전압 단속용 스위치 소자(SW1,SW2)에 초기전류를 공급해 주기 위해 그 일단에 인가된다. 따라서, 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)가 온(ON)되면서 출력전압 단속용 스위치 소자(SW1,SW2)가 접속되어 정류, 평활된 직류출력전압(V_OUT41,V_OUT42)이 각각 부하에 공급되게 된다.

상기한 과정을 거치게 되면, 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)는 초기에 구동해 준 전압(V_OUT43)이 콘덴서(C44)의 충전에 의해 차단되므로, 초기 구동전압(V_OUT43)에 의해서는 더 이상 온 되지 않고, 대신 출력전압 검출용 소자(BL1,BL2)를 통해 공급되는 정상상태인 출력전압(V_OUT41,V_OUT42)에 의해 계속 온 상태를 유지한다.

전술한 정상 상태에서, 부하단으로 흐르는 전류가 부하 또는 2차측 전원소자들의 비정상적인 동작으로 인해 비정상적으로 증가하게 되면, 스위칭 변압기의 2차측으로 유기되는 전력은 일정하므로, 출력단의 출력전압값(V_OUT41,V_OUT42)은 떨어지게 되고, 출력전압 검출용 소자(BL1,BL2)를 통한 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스 전위는 떨어지게 된다. 결국, 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)는 정상적인 바이어스 상태를 벗어나면서 오프(OFF) 되고, 먼저 오프된 제어용 트랜지스터(Q1,Q2)중 하나와 접속된 출력전압 단속용 스위치 소자가 먼저 차단되어 출력전압의 공급을 중단하게 된다.

상술한 과정에서, 예를 들어, 출력전압 단속용 스위치 소자인 SW1이 먼저 차단 되었다면, 직류 출력전압인 V_OUT41이 차단되고, 이 출력전압, V_OUT41을 구동전류원으로 하는 출력전압 단속용 스위치 소자, SW2도 차단되게 되므로, 결국 출력전압인 V_OUT42도 연동되어 차단되게 된다.

직류 출력전압인 V_OUT42가 먼저 차단되는 상기와 반대인 경우에도, 상기와 같은 과정에 의해 직류 출력전압, V_OUT41이 연동되어 차단되게 된다.

이상의 회로에서는 부하단으로 이상 과전류가 흐르는 경우, 두 개의 직류 출력전압이 연동되어 차단되는 경우를 예로 들었으나, 세 개 이상의 직류 출력전압에 관해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, 출력전압 단속용 스위치 소자를 상기의 실시예에서는 릴레이를 이용하여 구성하였으나 타 스위치 기능 소자와 대체 가능할 뿐만아니라, 출력전압 검출용 소자 역시 전압강하를 수반하는 타 소자로 구성할 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 고안에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로에 의하면, 초기에 구동된 후 전원공급장치의 출력전압을 검출하고, 그 값에 따라 제어용 트랜지스터를 구동시키고, 이 제어용 트랜지스터의 출력상태에따라 상기 전원공급장치의 출력전압을 단속해 주며, 복수 개의 출력을 가진 전원공급장치인 경우는, 이와 연동하여 다른 출력전압도 단속해 주는 회로를 제공함으로써, 스위칭 모드 전원공급장치의 각 구성소자나 부하의 비정상적인 동작에 의한 전원단과 부하의 과열 및 전력손실을 방지하고, 전원공급장치의 정격부하에 맞춰 전원단과 부하를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 전원공급장치의 출력단에 위치해서 출력전압을 단속시켜 주는 출력전압 단속부와,

   상기 출력전압 단속부를 초기에 구동시켜주기 위한 신호를 상기 출력전압 단속부로 공급해 주는 초기 구동부와,

   전원공급장치의 출력전압으로써 부하에 과전류가 흐르는 지를 검출하고, 과전류의 흐름이 검출될 경우에 상기 출력전압 단속부를 제어하여 전원이 차단되게 하는 출력전압 검출부로 구성됨을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 출력전압 단속부가 복수 개인 경우,

   어느 한 출력전압 단속부의 출력단자를 다른 하나 이상의 출력전압 단속부의 전원으로 인가해줌으로써, 과전류 보호회로의 동작이 연동되어 동작하도록 함을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 출력전압 단속부는,

   상기 전원공급장치의 출력선로에 삽입되어, 부하로 공급되는 출력전압을 직접 전달 또는 차단하는 기능을 가진 스위치 소자와,

   상기 스위치 소자의 단속동작을 제어해 주는 스위칭 소자로 구성됨을 특징으로하는 전원공급 장치의 과전류 보호회로.
4. 청구항 1 에 있어서, 상기 초기 구동부는,

   전원공급장치의 일 출력단과 상기 청구항 3의 출력전압 단속부의 스위치와의 사이에 콘덴서와 다이오드의 직렬회로를 접속한 초기전류 공급부와,

   전원공급장치의 일 출력단과 상기 청구항 3의 출력전압 단속부의 스위칭 소자와의 사이에 콘덴서와 다이오드의 직렬회로를 접속한 초기구동신호 발생부로 구성됨을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.