KR200194964Y1 - Switching mode power supply - Google Patents
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Abstract
본 고안은 입력전원 정류회로 [1], 펄스폭 가변이 가능한 스위칭회로 [2], 스위칭트랜스 주변회로 [3], 출력전압 피드백회로 [4]로 구성되는 스위칭 전원장치에 관한 것으로서 출력전압 피드백회로 [4]의 에러검출 입력단자 [I]에 출력전류 피드백회로 [4.1]의 출력을 다이오드 [D9]를 통하여 결합하여 구성해서 출력전류가 정격치를 초과하지 않을 때에는 출력전류 피드백회로 [4.1]의 출력이 로우 [Low]가 되도록해서 출력전압이 일정하게 유지되도록 하고 출력전류가 정격치를 초과할 때에는 출력전류 피드백회로[4.1]의 출력이 하이 [High]가 되도록 해서 출력 과부하시 출력전압을 떨어뜨려 스위칭 전원장치의 출력 과부하로 인한 화재 위험성을 예방하고 스위칭 전원장치 자신의 신뢰성을 높이는 효과를 제공하게 된다.The present invention relates to a switching power supply consisting of an input power rectifier circuit [1], a pulse width variable switching circuit [2], a switching transformer peripheral circuit [3], and an output voltage feedback circuit [4]. The output of the output current feedback circuit [4.1] is connected to the error detection input terminal [I] of [4] by combining the output of the output current feedback circuit [4.1] through the diode [D9] so that the output current does not exceed the rated value. The output voltage is kept constant so that the output voltage is kept constant. When the output current exceeds the rated value, the output of the output current feedback circuit [4.1] becomes high, and the output voltage drops when the output is overloaded. This prevents the risk of fire from overloading the power supply and increases the reliability of the switching power supply itself.
Description
본 고안은 스위칭 전원장치 (Switching Mode Power Supply)에 관한 것으로서, 출력부하가 일정수준 [정격부하]에 도달할 때까지는 출력전압을 정격전압으로 유지하다가 출력부하가 일정수준 [정격부하]을 초과할 때에는 출력전압을 낮추어 출력전력이 일정수준 [정격치]이상으로 증가하지 못하도록 함으로써 출력 과부하로 인한 화재 위험성을 예방하고 스위칭 전원장치 자신의 신뢰성을 높이는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a switching mode power supply, which maintains the output voltage at a rated voltage until the output load reaches a predetermined level [rated load], but the output load exceeds a predetermined level [rated load]. In this case, the output voltage is lowered to prevent the output power from increasing above a certain level [rated value], thereby preventing the risk of fire due to output overload and increasing the reliability of the switching power supply itself.
도1을 참조하여 종래의 스위칭 전원장치에 대하여 간단히 설명하면 다음과 같다. 교류상용 전원입력 [AC IN]단자로 상용전원 (110/220V AC)이 입력되면 이것은 휴즈 [F]와 코일 [1], 부특성 서미스터 [NTC] 및 제1 ∼ 제4 다이오드 [D1∼D4], 제3콘덴서[C3]로 구성되는 입력전원 정류회로 [1]에서 직류로 정류되고 평활된다. 이때의 직류 전압은 입력된 교류전압에 비례하게 되는데 약 140∼300V DC가 된다. 이렇게 변화의 폭이 큰 입력전압에 대하여 출력전압이 일정하게 유지되도록 하기 위해서는 펄스폭 가변이 가능한 스위칭회로 [2]와 스위칭 트랜스 주변회로 [3], 출력전압 피드백회로 [4]가 필요하게 된다. 펄스[Pulse]폭 가변이 가능한 스위칭회로 [2]는 수십 킬로헤르츠 [KHz]로 발진을 하면서 스위칭트랜스 [T]의 1차 권선코일 [P]을 온.오프 [ON.OFF] 스위칭하는데, 이때 출력전압 [Vout]을 피드백 [Feedback] 회로 [4]를 통하여 피드백 받아 출력전압 [Vout]은 에러[Error] 검출용 집적회로 [U1]의 기준전압 [Reference Voltage]이 2.5V인 경우Referring to FIG. 1, a brief description of a conventional switching power supply is as follows. When commercial power (110 / 220V AC) is input to the AC commercial power input [AC IN] terminal, it is connected to the fuse [F] and the coil [1], the negative characteristic thermistor [NTC] and the first to fourth diodes [D1 to D4]. In the input power rectifier circuit [1] consisting of the third capacitor [C3], it is rectified with DC and smoothed. At this time, the DC voltage is proportional to the input AC voltage, which is about 140 to 300V DC. In order to keep the output voltage constant with respect to the input voltage having a large range of change, a switching circuit [2], a switching transformer peripheral circuit [3], and an output voltage feedback circuit [4] capable of variable pulse widths are required. The switching circuit [2], which has a variable pulse width, oscillates at tens of kilohertz [KHz] and switches the primary winding coil [P] of the switching transformer [T] on and off [ON.OFF]. When the output voltage [Vout] is fed back through the feedback [Feedback] circuit [4], the output voltage [Vout] is 2.5V when the reference voltage [Reference Voltage] of the integrated circuit [U1] for error detection is [V1].
와 같이 되어 이것을 정격전압 [Vs]이 되도록 한다.To be the rated voltage [Vs].
예를 들어, 정격전압 [Vs]=9.0V인 경우,For example, if the rated voltage [Vs] = 9.0V,
R6=1.25kΩ이면 R5=3.25kΩ이 된다.If R6 = 1.25kΩ, R5 = 3.25kΩ.
이렇게 구성된 종래의 스위칭 전원장치는 큰 입력전압의 변동에도 일정한 출력전압을 출력하는 장점은 있으나 부하가 규격치 [정격전류]이상으로 증가할 경우, 이것을 저지하는 기능이 없기 때문에 과부하로 인한, 화재 위험성이나 스위칭 전원장치 자신의 신뢰성 저하문제를 배제할 수가 없다. 또 과부하 보호장치가 있다 하여도 전원회로의 1차측 [충전부]에서 과부하를 판단하고, 과부하로 판단이 되면 전원회로를 오프 [OFF]시키는 방식이기 때문에, 정격치보다 상당한 과부하 [통상 정격치의 2배 ∼ 수배의 과부하]가 걸려야 과부하 회로가 동작하도록 되어 있어 정격치를 상회한 후 과부하 보호 회로가 작동할 때까지는 지속적으로 출력전력이 증가하는 단점이 있다.The conventional switching power supply has the advantage of outputting a constant output voltage even with large input voltage fluctuations. However, when the load increases above the rated value [rated current], there is no function to prevent this. The deterioration problem of the switching power supply itself cannot be ruled out. In addition, even if there is an overload protection device, the overload protection device judges the overload at the primary side of the power supply circuit, and if it is determined that the overload protection device is overloaded, the power circuit is turned off. Overload of several times] is required to operate the overload circuit, the output power is continuously increased until the overload protection circuit is operated after exceeding the rated value.
본 안은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 스위칭 전원장치에 있어 부하전류를 검출해서 부하전류가 기준치 [정격부하전류]이상으로 증가하면 출력전압을 낮추어 부하전류가 증가하여도 출력전력은 정격치를 초과하지 않고 오히려 낮아지도록 함으로써 과부하시 이로 인한 화재의 위험성 예방은 물론, 전원회로 자신의 신뢰성을 높이고 또 부하를 보호하도록 하여 스위칭 전원장치의 가격상승 효과를 제공하는 데 있다.The present invention is designed to solve the above-mentioned problems of the prior art. When the load current is detected in the switching power supply and the load current increases above the reference value [rated load current], the output voltage is lowered to increase the output power even though the load current increases. Is not to exceed the rated value, but rather to prevent the risk of fire caused by overload, as well as to increase the reliability of the power circuit itself and to protect the load to provide a price increase effect of the switching power supply.
도1은 종래의 스위칭 전원장치1 is a conventional switching power supply
도2는 본고안에 의한 스위칭 전원장치Figure 2 is a switching power supply according to the present proposal
＜도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명＞<Explanation of code about main part of drawing>
1. 입력전원 정류회로 NTC; 부특성 서미스터1. Input power rectifier circuit NTC; Negative Thermistor
2. 펄스폭 가변이 가능한 스위칭 회로 D1∼D9; 제1∼ 제9 다이오드2. switching circuits D1 to D9 capable of variable pulse widths; 1st to 9th diodes
3. 스위칭 트랜스 주변회로 R1∼R10; 제1∼ 제10 저항3. switching transformer peripheral circuits R1 to R10; 1st to 10th resistors
4. 출력전압 피드백회로 PC; 포토 커플러4. output voltage feedback circuit PC; Photo coupler
4.1. 출력전류 피드백회로 U1; 에러검출용 집적회로4.1. Output current feedback circuit U1; Error Detection Integrated Circuit
ACIN; 교류상용 전원입력 U2; 연산증폭용 집적회로ACIN; AC commercial power input U2; Operational Amplifiers
F; 휴즈F; Hughes
C1 ∼ C7; 제 1 ∼ 제 7 콘덴서C1 to C7; 1st-7th condenser
L; 코일L; coil
T; 스위칭 트랜스T; Switching transformer
P; 1차 권선코일P; Primary winding coil
PS1; 1 차 보조 제 1 권선코일PS1; Primary auxiliary primary winding coil
PS2; 1차 보조 제 2 권선코일PS2; Primary auxiliary secondary winding coil
S; 2차 권선코일S; Secondary winding coil
Vout; 출력전압Vout; Output voltage
I; 에러검출용 집적회로의 입력단자I; Input terminal of error detection integrated circuit
상기한 과제를 해결하기 위한 본 고안에 의한 스위칭 전원장치의 제1특징은 스위칭 전원장치의 출력전압 피드백회로 [4]에 출력전류 피드백 [Feedback]회로 [4.1]를 중첩하여 구성해서 출력전류가 기준치 [정격전류]에 도달할 때까지는 출력전류 피드백회로[4.1]의 출력이 출력전압 피드백회로 [4]에 영향을 미치지 않도록 하여 출력전압 [Vout]이 정격 출력전압을 유지하도록 하고, 출력전류가 기준치 [정격전류]를 초과하게 되면 출력전류 피드백회로 [4.1]의 출력이 출력전압 피드백회로 [4]에 피드백되어 출력전압 [Vout]을 낮추어 이때는 출력전력 [Pout]이 정격전력 이상으로 증가하지 않고 오히려 낮아지도록 하는 것이다.The first feature of the switching power supply device according to the present invention for solving the above problems is that the output current feedback [Feedback] circuit [4.1] is superimposed on the output voltage feedback circuit [4] of the switching power supply device so that the output current is a reference value. Until the rated current is reached, the output of the output current feedback circuit [4.1] does not affect the output voltage feedback circuit [4] so that the output voltage [Vout] maintains the rated output voltage and the output current is the reference value. When the rated current is exceeded, the output of the output current feedback circuit [4.1] is fed back to the output voltage feedback circuit [4] to lower the output voltage [Vout]. At this time, the output power [Pout] does not increase above the rated power. To make it low.
또한, 본 고안의 제2특징은 스위칭 전원회로 [2]의 구동전원의 구성을 스위칭 트랜스[T]의 1차측에 제 1 보조 권선코일 [PS1]과 제 2 보조 권선코일 [PS2]을 두고 이 두 코일의 한쪽 단자를 서로 결합하여 접지시키고 다른 한쪽 단자에 나타나는 각 펄스전압을 정류 다이오드 [D6와 D8]로 정류한 후 서로 병렬로 중첩하여 구성해서 출력 과부하시 출력전압을 낮출 때에도 스위칭회로 [2]의 구동전압을 최소 구동전압 이상으로 안정적으로 유지하도록 하는 것이다.In addition, the second feature of the present invention is that the configuration of the driving power supply of the switching power supply circuit [2] is provided with the first auxiliary winding coil [PS1] and the second auxiliary winding coil [PS2] on the primary side of the switching transformer [T]. One terminal of two coils are connected to each other and grounded, and each pulse voltage appearing at the other terminal is rectified with rectifier diodes [D6 and D8] and superimposed in parallel so as to reduce the output voltage in case of output overload. ] To keep the drive voltage above the minimum drive voltage.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도2를 참조하여 설명한다. 입력전원 정류회로[1]와, 펄스폭 가변이 가능한 스위칭회로 [2], 스위칭 트랜스 주변회로 [3], 출력전압 피드백회로 [4] 및 출력전류 피드백회로 [4.1]로 구성한 본 고안의 스위칭 전원장치의 설명에 앞서 몇가지 용어 및 그값을Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Switching power supply of the present invention comprising an input power rectifier circuit [1], a switching circuit [2] capable of variable pulse width, a switching transformer peripheral circuit [3], an output voltage feedback circuit [4] and an output current feedback circuit [4.1]. Before describing the device, several terms and their values
정격 출력 전압 = VsRated output voltage = Vs
정격 출력 전력 = PsRated Output Power = Ps
정격 부하 전류 = Is = Ps/VsRated Load Current = Is = Ps / Vs
와 같이 정하여 설명을 계속한다. 출력전류가 정격치 [Is]를 초과하지 않을 때에는 연산증폭용 집적회로 [U2]의 출력이 로우 [Low]가 되도록 하면, 제9다이오드 [D9]는 오프 [OFF] 상태가 되므로 출력전압 피드백회로 [4]가 출력전류 피드백회로 [4.1]의 영향을 받지 않으므로 출력전압 [Vout]은 정격출력전압 [Vs]을 유지하게 된다. 연산증폭용 집적회로 [U2]가 하이 [Logic High Voltage]를 출력하기 위해서는 증폭용 집적회로 [U2]의 부(-) 입력단자 전압 [V-]이 정(+) 입력단자 전압 [V+]보다 낮아져야 하므로Continue the explanation by specifying When the output current does not exceed the rated value [Is], if the output of the operational amplification integrated circuit [U2] is set to Low, the ninth diode [D9] is turned off [OFF], so the output voltage feedback circuit [ Since 4] is not influenced by the output current feedback circuit [4.1], the output voltage [Vout] maintains the rated output voltage [Vs]. In order for the operational amplification integrated circuit [U2] to output a high [Logic High Voltage], the negative input terminal voltage [V-] of the amplifying integrated circuit [U2] is greater than the positive input terminal voltage [V +]. Should be lowered
R7의 저항치 = r7Resistance of R7 = r7
R8의 저항치 = r8Resistance of R8 = r8
R9의 저항치 = r9Resistance of R9 = r9
R10의 저항치 = r10Resistance of R10 = r10
출력전압 = VoutOutput voltage = Vout
출력전류 = IoutOutput Current = Iout
라고 할 때When
정(+) 입력단자 전압 [V+] = r7.IoutPositive input terminal voltage [V +] = r7.Iout
이 되어This
이 되도록 하면 된다.This can be done.
여기서 출력전압 [Vout]이 정격출력전압 [Vs], 출력전류 [Iout]가 정격출력전류 [Is]일때 식 [3]이 성립하도록 제 7, 제 8, 제 9, 제 10 저항의 저항치 r7 ∼ r10 을 정하면 된다. 식 [3]이 성립될 때 즉, 출력전류가 정격치를 초과할 때는 연산증폭기 [U2]의 출력이 하이[High]가 되어 제9다이오드 [D9]이 온 [ON] 되므로 이것이 출력전압 피드백회로 [4]의 에러검출용 집적회로 [U1]의 입력단자 [I]에 중첩되기 때문에 출력전압 [Vout]은 낮아지게 된다. 출력전류 피드백회로 [5]에서 제10저항 [R10]은 과부하시 출력전압을 낮추는 스피드를 결정하기 위한 것이다. 이때 출력전압이 내려가면 펄스폭 가변이 가능한 스위칭회로 [2]의 구동전압이 동작하한 전압이하로 하락하여 스위칭회로 [2]가 동작하지 않을 수가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스위칭트랜스 [T]의 1차측에 제1보조 권선코일 [PS1]과 제2보조 권선코일 [PS2]를 두어 제1보조권선과 제2보조권선의 한쪽 단자는 서로 결합해서 접지시키고 각 권선의 다른 한쪽 단자는 각각 제6다이오드 [D6]와 제8다이오드 [D8]의 애노드 (Anode)를 연결한 후 상기 2다이오드 [D6, D8]의 캐소드측 [Cathode]을 묶어서 이것과 접지사이에 제5콘덴서[C5]를 결선하여 제1권선코일 [PS1] 과 제2권선코일 [PS2]에 나타나는 스위칭 펄스를 정류해서 이것을 스위칭회로 [2]의 구동전원으로 사용한 것이다.Here, the resistance values of the seventh, eighth, ninth, and tenth resistors r7 to 8 so that the equation [3] holds when the output voltage [Vout] is the rated output voltage [Vs] and the output current [Iout] is the rated output current [Is]. You can set r10. When formula [3] is established, that is, when the output current exceeds the rated value, the output of the operational amplifier [U2] becomes High and the ninth diode [D9] is turned ON [ON]. The output voltage [Vout] is lowered because it overlaps with the input terminal [I] of the error detection integrated circuit [U1] of FIG. In the output current feedback circuit [5], the tenth resistor [R10] is for determining the speed of lowering the output voltage when overloaded. At this time, when the output voltage decreases, the driving voltage of the switching circuit [2], which is pulse width variable, may drop below the lower limit voltage, and thus the switching circuit [2] may not operate. To solve this problem, the first auxiliary winding coil [PS1] and the second auxiliary winding coil [PS2] are placed on the primary side of the switching transformer [T] so that one terminal of the first auxiliary winding and the second auxiliary winding are connected to each other. The other terminal of each winding is connected to the anode of the sixth diode [D6] and the eighth diode [D8], respectively, and then the cathode side [Cathode] of the two diodes [D6, D8] is tied together. The fifth capacitor [C5] is connected between grounds to rectify the switching pulses appearing on the first winding coil [PS1] and the second winding coil [PS2] and use this as the driving power source of the switching circuit [2].
상기와 같이 구성된 본 고안의 스위칭 전원회로는 출력부하전류가 규격치 이상으로 증가하면 출력전압을 떨어트려 출력전력이 정격을 초과해서 계속 증가하는 것이 아니라 오히려 출력전력을 감소시켜서 출력 과부하시의 화재 위험성을 예방하고 스위칭 전원회로 자신의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.In the switching power supply circuit of the present invention configured as described above, when the output load current increases above the standard value, the output voltage does not drop and the output power does not continuously increase beyond the rated value, but rather the output power is reduced to reduce the risk of fire during output overload. It is effective in preventing and increasing the reliability of the switching power supply circuit itself.
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