KR200148186Y1 - 전원 공급장치 - Google Patents

Abstract

전원공급장치가 직류전압변환기를 구비하며, 출력 전압의 이상 상태를 분석하여 직류전압변환기의 구동을 제어하여 안정된 공급전원을 발생한다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치가, 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류기와, 정류기의 출력을 전압변환하여 공급전원을 발생하는 직류전압변환기와, 정류기의 출력에 전류를 검출하고 검출된 전류와 기준전류를 비교하여 과전류 발생 유무를 검하는 과전류검출기와, 과전류검출기의 출력을 분석하여 공급전원이 과전류 상태일 시 직류전압변환기의 동작을 중단시키는 제어부로 구성된다.

Description

전원 공급장치{POWER SUPPLY APPARATUS}

일반적으로 전원공급장치(power supply)는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 장치로서, 이런 AC/DC 전원공급장치는 고효율의 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식으로 개발되어 사용되고 있다. 그리고 상기와 같은 종래의 AC/DC SMPS 전원공급장치는 RCC(Ringing Choke Converter) 방식, 플라이백(flyback) 방식, 포워드(forword) 방식을 적용하고, 디스크리트한 소자(discrete element)를 사용하여 전원공급장치를 구성하였다. 그러나 상기와 같은 종래의 AC/DC SMPS 전원공급장치는 디스크리트한 소자들을 사용하여 구성하므로서 트랜스포머(transformer)의 사이즈가 커지고 효율이 적으며, 회로의 성능이 저하된다.

그러나 최근의 전원공급장치는 SMPS의 공진형 또는 스위칭 주파수의 성능 향상으로 고주파수화를 실현하고 있다. 그리고 이로인해 상기 전원공급장치를 경량화(compact) 및 고효율의 직류전압 변환기(DC/DC converter)의 모듈 전원공급장치(module power supply)가 많이 공급되고 있는 추세이다. 그러나 특수 목적용 전원공급장치에서는 시스템의 설계 목적(다기능, self bite 회로 내장)에 적합한 전원공급장치(DC/DC converter, AC/DC converter)는 개발 및 공급되지 못하고 있다. 따라서 AC/DC SMPS의 고성능 및 다기능화 구현을 위하여 일부의 회로는 고성능 직류전압변환기를 구현하여 소형화 및 고효율, 고성능의 AC/DC 변환기를 구현하는 것이 바람직하다.

따라서 본 고안의 목적은 직류전압변환기를 구비하며, 과전류 및 과전압 보호 기능을 부가하여 안정된 전원을 공급할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 주전원 및 보조전원을 발생하며, 주전원의 과전류 및 과전압 보호기능을 부하여 안정된 전원을 공급할 수 있는 전원공급장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 실시예에 따른 전원공급장치는, 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기의 출력을 전압변환하여 공급전원을 발생하는 직류전압변환기와, 상기 정류기의 출력에 전류를 검출하고 검출된 전류와 기준전류를 비교하여 과전류 발생 유무를 검하는 과전류검출기와, 상기 과전류검출기의 출력을 분석하여 상기 공급전원이 과전류 상태일 시 상기 직류전압변환기의 동작을 중단시키는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 전원 공급장치 구성을 도시하는 도면

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 전원공급장치의 구성을 도시하는 도면으로서, 직류전압변환기에 AC/DC정류회로를 결합시켜 AC/DC SMPS를 구현하고, 또한 상기 직류전압변환기를 과전류 및 과전압검출회로를 결합시켜 출력전압을 보호(self protection) 기능을 부가한다.

상기 도 1을 참조하면, 제1정류기10은 AC 전원라인과 연결되며, 전원라인을 통해 입력되는 AC 전원을 정류하는 기능을 수행한다. 상기 제1정류기10은 브리지 다이오드D를 사용할 수 있다. 상기 제1정류기10에서 출력되는 정류 전압은 캐패시터C11에 의해 평활된다. 따라서 상기 제1정류기10은 상기 AC 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압으로 변환 출력한다.

과전류검출기(Over Current Protection Circuit)40은 상기 제1정류기10의 출력을 입력하며, 상기 제1정류기10에서 출력되는 전류를 분석하여 설정된 기준전류 값을 초과할 시 과전류검출신호(Over Current Protection Signal: 이하 OCP라 칭한다)를 활성화시킨다. 상기 과전류검출기40의 구성을 살펴보면, 트랜스포머41은 상기 제1정류기10에서 출력되는 전원을 권선비에 따라 설정되는 전압으로 변환하여 2차 측으로 유기시킨다. 다이오드D31 및 다이오드D32는 상기 트랜스포머41의 2차 측에 연결되며, 상기 트랜스포머41의 2차측 코일에 유기되는 전압의 역전류를 방지하며 회로 내부에 입력하는 기능을 수행한다. 저항R41 및 캐패시터C41은 상기 다이오드D31 및 D32와 병렬 연결되며, 변압된 신호를 평활하는 기능을 수행한다. 저항R42 및 가변저항R43은 상기 트랜스포머41에서 유기된 전류를 설정된 값으로 변환하여 전달하는 기능을 수행한다. 비교기(OCP comparator)41은 설정된 기준전류신호R_OCP를 기준단자로 입력하며, 상기 검출된 전류신호를 비교단자로 수신한다. 상기 비교기41은 검출된 전류와 설정된 기준전류R_OCP와 비교하여 검출전류가 상기 기준전류R_OCP보다 클 시 상기 과전류검출신호OCP를 활성화시킨다.

직류전압변환기(DC/DC converter)20은 상기 제1정류기10의 출력을 제1입력단자Vin(+)로 입력하고, 상기 과전류검출기40의 트랜스포머41의 1차측 코일에서 출력되는 신호를 제2입력단자Vin(-)로 입력하며, 제어신호SD를 초기화신호(reset signal)로 입력한다. 상기 상기 직류전압변환기20은 상기 제1입력 및 제2입력신호에 따라 입력되는 직류 전압을 설정된 직류 전압으로 변환하여 제1전원V1을 발생하며, 상기 제어신호SD가 활성화될 시 초기화되어 제1전원V1의 발생을 중단한다. 제1과전압검출기30은 제1기준전압R_OVP1을 입력하며, 상기 직류전압변환기20에서 발생되는 제1전원V1이 설정된 제1기준전압R_OVP1보다 높을 시 제1과전압검출신호OVP1을 활성화시킨다.

제2정류기60은 AC 전원라인과 연결되며, 전원라인을 통해 입력되는 AC 전원을 정류하는 기능을 수행한다. 상기 제2정류기60은 브리지 다이오드D를 사용할 수 있다. 상기 제2정류기60에서 출력되는 정류 전압은 캐패시터C61에 의해 평활된다. 따라서 상기 제2정류기60은 상기 AC 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압으로 변환 출력한다.

보조전원발생기70은 상기 제2정류기60의 출력을 입력하며, 입력되는 전압으로 설정된 전압 레벨로 변환하여 보조전원인 제2전원V2를 발생한다. 상기 보조전원발생기70은 도 1에 도시된 바와 같이 RCC(Ringging Choke Converter) 방식의 스위칭 전원회로 구성을 갖는다. 상기 보조전원발생기70의 구성을 살펴보면, 전원이 인가되면 FET(Field Effect Transistor)Q72가 온되며, 이로인해 트랜스포머71에 전압이 유기된다. 그러면 상기 트랜스포머71은 권선비에 따라 유기된 전압을 변환하며, 상기 트랜스포머71의 2차측에 연결되는 다이오드D73 및 캐패시터C75가 트랜스포머71의 2차측 코일에 유기된 전압을 정류 및 평활하여 보조전원인 제2전원V2를 발생한다. 또한 상기 트랜스포머71의 2차측에 연결되는 다이오드D74 및 제어다이오드ZD71, 캐패시터C76은 상기 제2전원V2의 전압레벨을 검출하여 제2과전압 검출용 전압으로 출력한다. 제2과전압검출기80은 보조전원인 제2전원V2의 과전압 유무를 검출하기 위한 제2기준전압R_OVP2를 구비하며, 상기 상기 보조전원발생기70에서 출력되는 제2전원V2와 상기 제2기준전압R_OVP2를 비교한다. 이때 상기 제2전원V2가 상기 제2기준전압R_OVP2보다 높을 시 제2과전압검출신호OVP2를 활성화시킨다.

제어부50은 상기 제1과전압검출기30, 과전류검출기40 및 제2과전압검출기70의 출력을 입력하며, 상기 검출기30, 40, 80 중의 어느 한 검출기가 과전압 또는 과전류검출신호를 활성화시킬 시 제어신호SD(Shutt Down control signal)을 발생하여 상기 직류전압변환기20에 출력한다. 즉, 상기 제어부50은 제1과전압검출기30 또는 제2과전압검출기20에서 과전압검출신호 OVP1 또는 OVP2를 활성화시키거나 상기 과전류검출기40에서 과전류검출신호OCP를 활성화시키면, 상기 제어신호SD를 활성화시켜 상기 직류전압변환기20의 구동을 중단시킨다.

상기와 같은 구성을 갖는 도 2의 전원공급장치의 동작을 살펴본다.

먼저 주전원인 제1전원의 발생 동작을 살펴보면, AC 전원라인으로 입력되는 AC전원은 제1정류기10의 브리지다이오드에서 전파정류되며, 캐패시터C11에서 평활되어 직류전압으로 발생된다. 이때 상기 직류전압변환기20은 상기 제1정류기10의 출력을 제1입력단Vin(+)로 입력하고 상기 트랜스포머T41의 1차측 출력을 제2입력단Vin(-)로 입력한 후, 상기 두입력에 따른 직류전압을 발생하여 제1전원V1으로 출력한다. 그리고 제1과전압검출기30은 상기 직류전압변환기20에서 출력되는 제1전원V1을 비교 입력으로 하고 설정된 제1기준전압R_OVP1를 기준입력으로 하여 제1전원V1의 과전압 유무를 검사한다. 이때 상기 제1과전압검출기30은 상기 제1전원V1이 상기 제1기준전압R_OVP1보다 높을 시 제1과전압검출신호OVP1을 활성화시켜 제1전원V1이 과전압상태임을 표시하고, 그렇지않으면 상기 제1과전압검출신호OVP1을 비활성화시킨다.

또한 상기 제1정류기10의 출력은 트랜스포머T40에서 권선비에 따라 설정된 레벨의 전류로 변환 출력되며, 이 신호는 제1전원V1의 전류 레벨로 상기 비교기41의 비교입력이 된다. 상기 비교기41은 상기 제1전원V1의 과전류 유무를 판단하기 위한 설정 기준전류R_OCP를 구비하며, 상기 검출된 제1전원V1의 전류 값과 상기 기준전류R_OCP를 비교하여 제1전원V1의 과전류 유무를 검사한다. 이때 상기 과전류검출기40은 상기 검출된 제1전원V1의 전류가 상기 기준전류R_OCP보다 높을 시 과전류검출신호OCP를 활성화시켜 제1전원V1이 과전류상태임을 표시하고, 그렇지않으면 상기 과전류검출신호OCP를 비활성화시킨다.

두 번째로 보조전원인 제2전원V2의 발생 과정을 살펴보면, AC전원이 인가시 제2정류기60은 상기 AC전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환 출력하여 보조전원발생기70에 인가한다. 상기 보조전원발생기70은 상기한 바와 같이 RCC 방식의 스위칭 전원회로로서, 초기에 전원이 공급되면 저항R71,R72,R77 및 트랜스포머T71의 코일Lb를 통해 FET인 스위칭 트랜지스터Q72의 게이트에 인가된다. 그러면 상기 트랜지스터Q72가 온되어 상기 트랜스포머T71의 1차측 코일Lp에 전류가 흐르게되며, 동시에 상기 트랜지스터Q2의 게이트와 연결되는 코일Lb에도 전압이 발생하게 된다. 그러면 상기 코일Lb의 전압에 의해 트랜지스터Q72가 완전하게 도통되어 상기 트랜스포머T71의 1차측 코일Lp에는 (Vin-Q72Vds-VR107)의 전압이 발생된다.

이때 상기 코일Lp에 전압이 발생되면 다이오드D72 및 D73하여 역방향의 전압이 출력되므로, 상기 트랜스포머T71의 코일Li 및 코일Ls에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 전류는 상기 트랜스포머T71의 여자전류 뿐이므로 시간을 T라고 하면 여자전류 I=Vit/LP가 된다. 그러므로 상기 전류는 시간T에 비례하여 증대된다. 상기 트랜스포머T71의 1차측 코일Lp, 트랜지스터Q72에 흐르는 전류가 증대되면, 저항R76의 양단 전압 전압도 상승하게 된다. 이때 상기 저항R76의 양단 전압이 상승하면 트랜지스터Q71이 도통하게 되며, 그러면 상기 트랜지스터Q72의 게이트 전압이 낮아져 상기 트랜지스터Q72가 급속하게 오프된다.

상기와 같이 트랜지스터Q72가 오프되면, 상기 트랜스포머T71의 1차측 코일Lp에 축적된 에너지가 역방향으로 전류를 흐르게 된다. 즉, 상기 트랜스포머T71의 코일Li 및 코일Ls의 다이오드D72 및 D73에 대하여 순방향 전류가 흐르게 되므로, 보조전원인 제2전원V2가 발생된다. 이때 상기 제어다이오드ZD71의 턴온전압을 12V로 설정하면, 상기 제2전원V2는 제어다이오드ZD71에 의해 약 12VDC의 정전압으로 유지되며, 상기 트랜스포머T71에 축적된 에너지를 출력 측으로 공급하게 된다.

이후 상기 트랜스포머T71에 축적된 에너지가 점차 감소되어 상기 코일들에 흐르는 전류가 제로가 되면 각 권선들에 유기된 전압도 제로가 된다. 그러면 상기 저항R71, R72 및 R77, 트랜지스터Q72, 트랜스포머T71의 코일Lb로 부터 전압을 공급받아 다시 도통된다. 그리고 상기와 같은 동작을 반복 수행하면서 제2전원V2를 발생하게 되는 것이다.

이때 상기와 같이 같이 출력되는 제2전원V2는 다이오드D74 및 제어다이오드ZD72를 통해 제2과전압검출기80의 비교전압으로 공급된다. 이때 상기 제2과전압검출기80에 인가되는 전압은 상기 제어다이오드ZD72의 설정 전압 이상의 전압이 된다. 그러면 상기 제2과전압검출기80은 설정된 제2기준전압R_OVP2와 상기 제2전원V2를 비교하여 상기 제2전원V2의 과전압 유무를 검사한다. 이때 상기 제2과전압검출기80은 상기 제2전원V2가 상기 제2기준전압R_OVP2보다 높을 시 제2과전압검출신호OVP2를 활성화시켜 제2전원V2가 과전압상태임을 표시하고, 그렇지않으면 상기 제2과전압검출신호OVP2를 비활성화시킨다.

상기 제어부50은 상기 검출기30, 40 및 70에서 출력되는 검출신호OVP1, OCP, OVP2를 입력하며, 상기 3개의 검출신호OVP1, OCP, OVP2 중 어느 한 검출신호라도 활성화되면, 제어신호SD를 활성화시킨다. 그러면 상기 직류전압변환기20이 초기화되어 제1전원V1의 발생 동작이 정지된다. 즉, 상기 직류전압변환기20은 제1전원V1 및 제2전원V2가 과전압 또는 과전류 상태로 발생될 시 전원 공급 동작을 중단하게 된다(self protection). 따라서 상기 제어부50은 상기 검출신호OVP1, OCP, OVP2가 모두 비활성화 상태인 정상 검출신호로 발생되는 경우에만 상기 제어신호SD를 비활성화시켜 상기 직류전압변환기20을 정상 구동하게 된다. 따라서 상기 직류전압변환기20은 상기 제1전원V1 및 제2전원V2가 각각 설정된 레벨의 정격 전원으로 발생되는 경우에만 정상적으로 동작하여 제1전원V1을 발생하며, 과전압 또는 과전류 상태로 발생되는 경우에는 상기 제어신호SD에 의해 구동이 정지된다.

상술한 바와 같이 전원공급장치에서 직류전압변환기(DC/DC converter)를 결합시키고, 출력되는 전원의 과전압 및 과전류 상태를 검출하여 상기 직류전압변환기의 동작을 제어하므로서, 안정된 정격 전원을 발생할 수 있는 AC/DC SMPS를 구현할 수 있다. 특히 상기 직류전압변환기와 과전류검출회로를 결합시켜 과전류에 대한 보호 기능을 수행할 수 있다.

Claims (2)

1. 전원공급장치에 있어서,

   교류 입력전원을 정류하는 제1정류기와,

   상기 제1정류기의 출력을 직류전압 변환하여 제1전원을 발생하는 직류전압변환기와,

   상기 직류전압변환기의 출력을 설정된 제1기준전압과 비교하여 제1전원의 과전압 유무를 검출하는 제1과전압검출기와,

   상기 제1정류기의 출력 전류를 검출한 후. 이를 기준전류와 비교하여 과전류 유무를 검출하는 과전류검출기와,

   상기 제1정류기와 병렬 연결되며, 상기 입력 교류전원을 정류하는 제2정류기와,

   상기 제2정류기의 출력을 직류전압 변환하여 제2전원을 발생하는 제2전원발생기와,

   상기 제2전원발생기의 출력 전압을 설정된 제2기준전압과 비교하여 상기 제2전원의 과전압 발생 유무를 검사하는 제2과전압검출기와,

   상기 과전류검출기, 제1 및 제2과전압검출기의 출력을 입력하며, 상기 입력된 검출신호들을 분석하여 상기 제1전원 또는 제2전원이 이상 상태일 시 상기 직류전압변환기의 동작을 중단시키는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
2. 제3항에 있어서, 상기 제1전원이 주전원이고 상기 제2전원이 보조전원이며, 상기 보조전원발생기가 링잉초크 변환 방식의 스위칭전원회로인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.