KR200158719Y1 - 스위칭모드전원장치에서의 전압 안정화회로 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 프린터 또는 복합기에 적용되는 스위칭모드전원장치(SMPS:Switching Mode Power Unit)에서의 전압 안정화회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정 전압범위를 벗어나는 일정의 부하변동에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우에는 더 많은 비선형적인 전압을 발생시켜 낮아진 출력전압을 높게 보상함으로써 직류전압을 안정화시킬 수 있도록 한 전압 안정화회로에 관한 것이다.
이를 위하여 본 고안은 라인으로 입력되는 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 희망하는 주파수대의 전력만을 통과시키는 입력전류기 및 필터부, 상기 입력정류기 및 필터부에서 변환된 직류전압을 스위칭하는 스위칭구동부, 상기 스위칭구동부로부터 스위칭한 직류전압을 통과시키는 출력정류기 및 필터부, 상기 출력정류기 및 필터부로부터 출력된 직류전압과 일정의 부하범위의 기준전압과를 비교하여 직류전압을 검출하는 전압검출부, 및 상기 전압검출부에서 검출된 직류전압을 상응하는 펄스폭변조제어신호를 발생시키는 펄스폭변조제어부를 구성한 스위칭모드전원장치에 있어서, 일정 전압범위를 벗어나는 부하변동범위에서는 일정 수순의 전압범위로 유지시키고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우에는 부하전압을 검출하는 전압검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

스위칭모드전원장치에서의 전압 안정화회로
본 고안은 프린터 또는 복합기에 적용되는 스위칭모드전원장치(SMPU:Switching Mode Power Unit)에서의 전압 안정화회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정 전압범위를 벗어나는 부하변동에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우에는 비선형적인 회로에 의해 더 많은 전압을 발생시켜 낮아진 출력전압을 높게 보상함으로써 직류전압을 안정화시킬 수 있도록 한 전압 안정화회로에 관한 것이다.
일반적인 스위칭모드전원장치의 블록구성도는 제1도에 도시되어 있다.
제1도에 도시된 스위칭모드전원장치는, 교류(AC)전원을 직류(DC)전압으로 변환시켜 변환된 직류전압을 발생시키는 전압발생부(100)와, 상기 전압발생부에서 발생한 전압을 특정한 전압으로 유지하기 위해 직류전압을 검출하는 전압검출부(200)와, 상기 전압검출부(200)에서 검출된 직류전압에 상응하는 펄스폭변조 제어신호를 발생시키는 펄스폭변조제어부(500)와, 부하의 변동에 따라 과전압을 검출하는 과전압검출부(300) 및 과전류를 검출하는 과전류검출부(400)로 구성되어 있다.
제2도는 제1도를 보다 구체적으로 나타낸 회로구성도로서, 상기 전압발생부(100)는 라인(1)으로 입력되는 교류(AC)전원을 직류(DC)전압으로 변환시켜 희망하는 주파수대의 전력만을 통과시키는 입력정류기 및 필터부(10)와, 상기 입력정류기 및 필터부(10)에서 변환된 직류전압을 스위칭하는 스위칭구동부(20), 및 상기 스위칭구동부(20)로부터 변환된 직류전압을 통과시키는 출력정류기 및 필터부(30)로 구성되고, 상기 전압검출부(200)는 상기 출력정류기 및 필터부(30)에서 변환된 직류전압과 통상의 부하범위의 기준전압(ref)과를 비교하는 비교기(2) 및 상기 비교기(2)로부터 비교된 신호레벨에 따라 발광하는 발광소자(3)로 구성된다.
상기 펄스폭변조제어부(500)는 상기 발광소자(3)에 의해 구동하는 수광소자(4)와, 타이밍신호들을 생성하기 위한 발진기(5)로 구성된다.
이와 같은 종래의 스위칭모드전원장치는, 라인(1)으로 입력되는 교류(AC)전원은 입력정류기 및 필터부(10)에 의해 직류(DC)전압으로 변환시키고, 이와 동시에 희망하는 주파수대의 전력만을 통과시킨다.
이에 따라, 입력정류기 및 필터부(10)로 통과한 직류전압은 스위칭구동부(20)에 의해 스위칭되고, 스위칭된 직류전압은 출력정류기 및 필터부(30)를 통해 전압검출부(200)내의 비교기(2)의 비반전(+)단자에 입력된다.
따라서 비교기(2)는 그의 비반전(+)단자에 입력된 직류전압과 그의 반전(-)단자의 부하범위의 기준전압(ref)과를 비교하여 직류전압이 부하범위의 기준전압보다 높으면 고전위(H)신호를 출력한다.
이렇게 비교기(2)에서 출력된 고전위신호에 의해 발광소자(3)가 발광되고 펄수광소자(4)는 발광소자의 빛에 의해 수광되어 펄스폭변조신호(6)가 스위칭구동부(20)로 피드백(feedback)되어 직류전압을 특정한 수준으로 유지시킨다.
그리고 도면에 도시한 부호 중 5는 타이밍신호들을 생성하기 위한 발진기이고, 300은 과전압을 검출하기 위한 과전압검출부이며, 400은 과전류를 검출하기 위한 과전류검출부로서, 부하제어시에 부하보호 및 스위칭모드전원장치를 보호하게 되는 것이다.
그러나, 이러한 스위칭모드전원장치는 검출한 직류전압과 기준전압과를 비교하고 비교한 전압을 궤환시켜 다시 출력을 조정하는 일종의 피드백 제어회로로서, 부하의 큰 변동에 대해서는 출력전압이 다소 기대치(목표치)보다 떨어지게 된다.
또한, 부하의 변동범위에 따라 출력전압을 가변하였으나, 경제적인 스위칭모드전원장치를 설계하는 경우에는 때에 따라 부하가 커질 경우에 직류출력전압이 약 20정도 감소되는 경우가 있다.
이런 출력전압의 감소는 통상적이 부하의 동작에는 영향을 주지 않으나, 경우에 따라 전압변동범위에 민감한 부하도 있다.
그러므로 종래의 스위칭모드전원장치에서는 정상 부하의 경우에 정규 직류출력전압보다 약 2 내지 3정도 높게 출력전압을 설정하여 사용하고 있으나, 큰 부하의 범위까지 제어하기에는 매우 불가능하였던 것이다.
본 고안은 상기와 같은 불가능한 점을 해소하고자 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 일정전압 범위를 벗어나는 부하변동에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우에는 비선형적으로 더 많은 전압을 발생시켜 낮아진 출력전압을 높게 보상함으로써 직류전압을 안정화시킬 수 있도록 하는데 있다.
제1도는 일반적인 스위칭모드전원장치의 블럭구성도이고,
제2도는 제1도를 좀더 구체적으로 나타낸 종래의 회로구성도이며,
제3도는 스위칭모드전원장치의 전압 안정화를 위한 본 고안의 회로구성도이고,
제4도는 제3도에서의 전압검출부의 상세회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 비교기 3 : 발광소자
4 : 수광소자 6 : 전압설정부
7 : 전압검출기 10 : 입력정류기 및 필터부
20 : 스위칭구동부 30 : 출력정류기 및 필터부
100 : 전압발생부 200,600 : 전압검출부
500 : 펄스폭변조제어부 ref1, ref2: 기준전압
SW : 접점스위치 TR1,TR2 : 트랜지스터
ZD1,ZD2 : 제너다이오드 R1-R8 : 저항
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 일정 전압범위를 벗어나는 부하변동에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우에는 부하전압을 검출하는 전압검출부를 구비한 점에 있다.
본 고안의 다른 특징은, 일정의 부하범위를 기준전압으로 하는 기준전압과, 일정 부하범위를 벗어나는 과부하범위를 기준전압으로 하는 또 다른 기준전압과, 상기 부하변동범위에 따라 접속되는 접점스위치를 구비한 점에 있다.
본 고안의 또 다른 특징은, 일정의 부하변동시 저항의 양단전압을 0.5V 이상으로, 일정의 부하범위를 벗어나는 과다한 부하변동시 저항의 양단전압을 0.5V 이하로 설정하는 전압설정부와, 일정의 부하전압과 일정의 부하전압을 벗어나는 과다한 부하전압을 검출하는 전압검출부를 더 포함하는 점에 있다.
본 고안의 또 다른 특징은, 상기 전압검출부에서 검출한 부하전압에 의해 펄스폭변조제어부로부터 더 많은 비선형적인 전압을 발생시켜 낮아진 출력전압을 높게 보상할 수 있게 한 점에 있다.
이하, 본 고안의 일실시예에 따른 구성을 첨부 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 스위칭모드전원장치의 전압 안정화를 위한 본 고안의 회로구성도로서, 제3도에서와 같이, 라인(1)으로 입력되는 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 희망하는 주파수대의 전력만을 통과시키는 입력정류기 및 필터부(10), 상기 입력정류기 및 필터부(10)에서 변환된 직류전압을 스위칭하는 스위칭구동부(20), 상기 스위칭구동부(20)로부터 변환된 직류전압을 통과시키는 출력정류기 및 필터부(30)로 구성되는 전압발생기(100)와; 직류전압에 상응하는 펄스폭변조제어신호를 발생시키는 펄스폭변조제어부(500)와; 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우 부하전압을 검출하는 전압검출부(600)로 구성되어 있다.
상기 전압검출부(600)는 일정의 부하범위를 기준전압으로 하는 제1 기준전압(ref1)과, 일정한 부하범위를 벗어나는 부하범위를 기준전압으로 하는 제2 기준전압(ref2)과, 상기 부하변동범위에 따라 접속되는 접점스위치(SW)로 구성된다.
제4도는 상기 전압검출부(600)를 좀더 구체적으로 나타낸 상세회로도로서, 제4도에서와 같이 상기 전압검출부(600)는 제너다이오드(ZD2) 및 저항(R7,R8)으로 이루어진 전압설정부(6)와, 통상의 부하전압과 과다한 부하전압을 검출하는 저항(R1-R6), 트랜지스터(TR1),(TR2), 및 제너다이오드(ZD1)로 이루어진 전압검출기(7)로 구성된다.
이와같이 구성된 본 고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선 부하변동범위에는 일정 부하범위와, 일정 부하범위를 벗어나는 과다한 부하범위를 예로 들 수 있다.
즉, 스위칭모드전원장치의 내부 제어회로에서 변동되는 일정 부하변동에 대해서는 종래의 제어방법을 사용하고, 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않는 경우에는 부하전압을 검출하여 더 많은 전압을 발생시켜서 낮아진 출력전압을 높게 보상하도록 한다.
상기의 제어과정에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 일정 부하변동시 라인(1)으로 입력되는 교류(AC)전원은 입력정류기 및 필터부(10)에 의해 직류(DC)로 변환됨과 동시에 희망하는 주파수대의 전력만이 통과된다.
따라서, 스위칭구동부(20)는 상기 입력정류기 및 필터부(10)에서 변환된 직류전압을 스위칭하고 스위칭한 직류전압은 출력정류기 및 필터부(30)를 통해 전압검출부(600)내의 비교기(2)의 비반전(+)단자에 입력된다.
이때 접점스위치(SW)는 일정 부하범위에서는 a접점으로 접속되고, 단순전압을 벗어나는 과부하범위에서는 b접점으로 접속된다.
그러면, 비교기(2)에서는 그에 입력된 직류전압과 상기 비교기(2)의 반전(-)단자에 인가된 통상의 부하전압인 기준전압(ref)을 비교하고, 비교된 신호를 발광소자(3)에 인가함에 따라 발광소자(3)가 발광하며, 따라서, 펄스폭변조제어부(500)내의 수광소자(4)가 구동함에 따라 펄스폭변조(PWM)제어신호가 스위칭구동부(20)에 입력된다.
이에 따라, 스위칭구동부(20)는 그에 입력된 신호를 스위칭하고, 스위칭한 직류전압을 출력정류기 및 필터부(30)를 통해 변압기의 2차측으로 에너지를 전달하면, 전달한 에너지는 출력정류기 및 필터부(30)에 의해 직류로 변환되어 출력된다.
즉, 제4도에서와 같이 일정의 부하변동시에는 R8의 양단전압을 0.5V 이상으로 설정하고, 일정의 부하범위를 벗어나는 과다한 부하변동시에는 즉 과다한 부하로 출력전압(+24V)이 많이 감소하는 범위에서는 R8의 양단전압을 0.5V 이하가 되도록 ZD2와 R7 및 R8로 전압을 설정한다.
이렇게 통상의 부하변동시에는 R8의 양단전압을 0.5V 이상으로, 과다한 부하변동시에는 R8의 양단전압을 0.5V 이하가 되도록 ZD2, R7, R8로 전압을 설정해 줌으로써 통상의 부하변동시 트랜지스터(TR2)는 도통되고, 따라서 트랜지스터(TR1)는 부도통됨에 따라 출력전압(+5V)은 저항(R2)와 (R3)에 의해 분압된다.
이때, 제너다이오드(ZD1)는 분압된 전압을 검출하여 발광소자(3)로 검출한 신호를 공급함으로써 발광소자(3)가 발광하게 되고, 이와 동시에 수광소자(4)가 구동되어 스위칭구동부(20)로 펄스폭변조 제어신호를 발생시켜 줌으로써 일정 전압범위를 벗어나는 부하에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키게 된다.
한편, 과다한 부하변동시에는 일정 부하변동시와 반대로 트랜지스터(TR2)가 부도통되고, 따라서 트랜지스터(TR1)는 도통상태이므로 전압검출은로 되어 일정의 검출전압보다 더 낮아진 전압을 검출하고 검출한 전압에 의하여 펄스폭변조제어부(500)에서는 출력되는 펄스폭 변조신호의 펄스듀티를 증가시켜 스위칭구동부(20)로 제공하며, 이에 따라, 전압발생부(100)에서는 비선형적으로 대폭 증가된 전압을 출력함으로써, 과다한 부하변동으로 인하여 낮아진 출력전압을 높게 보상하게 되는 것이다.
이상에서와 같이 동작되는 본 고안은 일정 전압범위를 벗어나는 부하변동에 대해서는 일정 수준의 전압범위내로 유지시키는 효과가 있다.
또한 큰 부하변동으로 인하여 부하제어가 되지 않을 경우 더 많은 비선형적인 전압을 발생시켜 낮아진 출력전압을 높게 보상함으로써 스위칭모드전원장치의 경제성을 확보하고, 이와 동시에 과다한 부하변동을 능동적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 라인으로 입력되는 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 희망하는 주파수대의 전력만을 통과시키는 입력정류기 및 필터부; 상기 입력정류기 및 필터부에서 변환된 직류전압을 스위칭하는 스위칭구동부; 상기 스위칭구동부로부터 스위칭한 직류전압을 정류 및 필터링하여 부하에 공급하는 출력정류기 및 필터부; 상기 출력정류기 및 필터부로부터 상기 부하에 출력된 부하전압과 기 설정된 부하범위의 기준전압을 비교하여 비교결과에 따라 소정레벨의 제어전압을 출력하는 전압검출부; 및 상기 전압검출부에서 출력된 상기 소정레벨의 제어전압에 상응하는 펄스폭변조 제어신호를 발생시키는 펄스폭변조제어부를 포함하며; 상기 전압검출부에서 비교된 결과에 따라 상기 부하전압이 기 설정된 상기 부하범위의 기준전압 이하임을 나타내는 상기 제어전압이 출력되면, 상기 펄스폭변조제어부는 상기 제어전압에 따라 일정수준의 듀티값을 갖는 펄스폭변조 제어신호를 출력하고; 상기 전압검출부에서 비교된 결과에 따라 상기 부하전압이 기 설정된 상기 부하범위의 기준전압 이상임을 나타내는 제어전압이 출력되면, 상기 펄스폭변조제어부는 상기 제어전압에 따라 상기 부하전압이 비선형적으로 가중되어 증가하도록 상기 펄스폭변조 제어신호의 듀티값을 증가시켜 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 스위칭모드전원장치에서의 전압 안정화회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압검출부는, 상기 부하전압의 변동범위에 따라 상기 부하전압이 기 설정된 상기 부하범위를 기준전압으로 하는 제1 기준전압(ref1)과, 기 설정된 상기 부하범위를 벗어나는 과부하범위를 기준전압으로 하는 제2 기준전압(ref2)을 각각 선택적으로 비교하도록 스위칭하는 접점스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드전원장치에서의 전압 안정화회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압검출부는, 기 설정된 레벨 이상의 상기 부하전압을 도통시키는 제너다이오드(ZD2)와, 상기 제너다이오드(ZD2)에 의해 도통된 상기 부하전압을 분압하는 한 쌍의 분압저항(R7,R8)을 포함하며, 기 설정된 상기 부하전압의 변동범위 이내에서는 상기 저항(R8)의 양단전압을 0.5V 이상으로, 기 설정된 상기 부하전압의 변동범위를 벗어나는 과다한 부하변동시 상기 저항(R8)의 양단전압을 0.5V 이하로 설정하는 전압설정부; 및 상기 전압설정부에서 설정된 상기 저항(R8)의 양단전압값에 따라 기 설정된 상기 변동범위 이내의 상기 부하전압과 기 설정된 상기 변동범위 이상의 상기 부하전압을 검출하는 전압검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드전원장치에서의 전압 안정화회로.
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