KR20040012220A - 스위칭 방식 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 방식 전원공급장치에 관한 것으로, 특히 다출력 스위칭 방식 전원 공급장치에 있어서, 제어신호를 통해 직류-직류 컨버터하나만을 사용하고, 그 제어신호를 다시 2분주 내지는 그 이상 분주하여 출력전압을 적정한도 내에서 제어할 수 있는 스위칭 방식 전원공급장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 제1 스위칭 동작신호를 출력하는 전원제어부와; 상기 제1 스위칭 동작신호 및 스위칭 제어신호에 의해 스위칭하는 제1, 제2 스위치와; 상기 제1, 제2 스위치 출력전류를 입력받아 필터링하여 다수의 제1, 제2 특정 전압을 출력하는 제1, 제2 필터부와; 상기 전원제어부의 출력신호의 주파수를 소정분주하여 상기 제2 스위치의 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭신호 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

스위칭 방식 전원공급장치{APPARATUS FOR SWITCHING MODE POWER SUPPLY}

본 발명은 스위칭 방식 전원공급장치에 관한 것으로, 특히 다출력 스위칭 방식 전원 공급장치에 있어서, 제어신호를 통해 직류-직류 컨버터하나만을 사용하고, 그 제어신호를 다시 2분주 내지는 그 이상 분주하여 출력전압을 적정한도 내에서 제어할 수 있는 스위칭 방식 전원공급장치에 관한 것이다.

대부분 가정용 전자 제품에서 사용되는 일반적인 전원 공급 방식인 스위칭 방식 전원 공급 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부(11)와; 스위칭 동작신호를 출력하는 제1, 제2 전원제어부(12a, 12b)와; 상기 스위칭 동작신호에 의해 스위칭하는 제1, 제2 스위치(SW1, SW2)와; 상기 제1, 제2 스위치(SW1, SW2) 출력전류를 입력받아 필터링하여 다수의 제1, 제2 특정 전압을 출력하는 제1, 제2 필터부(13a, 13b)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 종래의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원공급부(11)의 직류 전압 24V를 사용하여 직류 출력전압 12V 및 5V를 얻기 위하여 컨버터 2개를 구성하고, 각기 출력측으로부터 피드백을 받아서 동작하는 제1, 제2 전원제어부(12a, 12b)를 사용하여 직류전압 +12V 및 +5V의 출력을 생성하도록 구성된다.

제1, 제2 전원 제어부(12a, 12b)의 제1, 제2 스위치(SW1, SW2)의 스위칭 동작을 제어하고, 그 제1, 제2 스위치(SW1, SW2)의 온/오프(ON/OFF)되는 스위칭동작에 따라 제1, 제2 리액턴스(L1, L2)와 제1, 제2 콘덴서(C1, C2)를 통해 제1 부하(14a)측으로 직류전압 +12V, 제2 부하(14b)측으로 +5V가 공급된다.

또한, 스위칭 방식 전원공급장치로 변압기를 사용하여 교류-직류(AC-DC) 컨버터에 널리 사용되어지는 방식인 플라이백(Flyback)방식으로 설계하기도 한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 변압기(21) 1, 2차 측간의 절연이 필요없음에도 불구하고 변압기(21)를 사용하여 변압기 2차측에서 탭을 내어 구성하였다.

이에 의해, 전원제어부(22) 한개만을 사용하여 손쉽게 2개 이상의 다 출력(Multi-Output) 전압(+5V, +12V)을 얻을 수 있다.

변압기(21)의 1차측 리액턴스(Lp)는 전원제어부(22)의 스위칭 동작제어신호에 의해 동작되는 스위치(SW)가 턴온될 경우, 변압기(21) 2차측 제1 리액턴스(L1, L2)에 전압이 유기되고, 제2 리액턴스(L2)에는 상기 스위치(SW)를 통해 흐르는 전류가 흐르게 된다.

이에 의해, 변압기(21) 2차측의 전압은 다이오드(D1, D2)와 콘덴서(C1, C2)에 의해 정류 및 평활화된 전압이 제1, 제2 부하(14a, 14b)에 공급된다.

이때, 상기 전원 제어부(22)의 구동전원은 제1 부하에 공급되는 12V가 피드백되어 공급된다.

그러나, 도 1과 같은 경우, 응답특성 또는 전원의 안정성 면에서는 가장 좋다고 할수 있겠으나, 부하의 변동이 심하지 않음에도 불구하고, 굳이 전원제어부를 2개 사용하였으며, 피드백라인이 2개나 됨으로써, 회로가 복잡해지는 단점과 더불어 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 도 2와 같은 경우에는 1, 2차측 간의 절연 필요여부와 상관없이 변압기를 사용해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 창안한 것으로, 입력전압 24V, 출력전압 +12V와 +5V인 경우, 우선 입력전압 24V, +12V출력의 DC-DC컨버터를 설계하고, 그 제어신호의 펄스폭 변조(PWM)파형을 디지털 논리회로의 조합으로 2분주하여 또다른 스위칭 소자를 통하여 컨버터 회로를 구성하면 5V의 출력을 얻는 구성이다.

직류-직류 컨버터(DC-DC Converter) 한단만을 설계하고, 그 제어신호를 다시 2분주 내지 또는 그 이상 분주하여, 출력을 적정한 한도내에서 제어할 수 있도록 한 스위칭 방식 전원공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 전원 공급 방식인 스위칭 방식 전원 공급 장치의 구성을 보인 회로도.

도 2는 종래의 스위칭 방식 전원공급장치의 구성을 보인 회로도.

도 3은 본 발명 스위칭 방식 전원공급장치의 구성을 보인 회로도.

도 4는 도 3의 스위칭신호 제어부의 출력파형을 나타낸 파형도.

도 5는 본 발명 스위칭 방식 전원공급장치의 다른 일실시예를 보인 예시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

14a, 14b: 제1, 제2 부하 31: 전원공급부

32: 전원제어부 33a, 33b: 제1, 제2 필터부

34: 스위칭신호 제어부 34a: J-K플립플롭

34b:논리곱 연산자 SW1, SW2: 제1, 제2 스위치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 제1 스위칭 동작신호를 출력하는 전원제어부와; 상기 제1 스위칭 동작신호 및 스위칭 제어신호에 의해 스위칭하는 제1, 제2 스위치와; 상기 제1, 제2 스위치 출력전류를 입력받아 필터링하여 다수의 제1, 제2 특정 전압을 출력하는 제1, 제2 필터부와; 상기 전원제어부의 출력신호의 주파수를 소정분주하여 상기 제2 스위치의 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭신호 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면다음과 같다.

도 3은 본 발명 스위칭 방식 전원공급장치의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부(31)와; 제1 스위칭 동작신호를 출력하는 전원제어부(32)와; 상기 제1 스위칭 동작신호 및 스위칭 제어신호에 의해 스위칭하는 제1, 제2 스위치(SW1, SW2)와; 상기 제1, 제2 스위치(SW1, SW2) 출력전류를 입력받아 필터링하여 다수의 제1, 제2 특정 전압을 출력하는 제1, 제2 필터부(33a, 33b)와; 상기 전원제어부(32)의 출력신호의 주파수를 소정분주하여 상기 제2 스위치(SW2)의 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭신호 제어부(34)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전원공급부(11)의 24V를 직류 +12V로 출력하는 컨버터단을 구성하고, 그 제어 펄스폭 변조(PWM) 신호를 받아서 J-K플립플롭(34a) 및 논리곱 연산자(And Gate)(34b)를 이용하여 그 제어 펄스폭 변조 신호의 듀티를 2분주한후 +5V 컨버터단의 제어 펄스폭 변조신호로 사용한다.

그렇게 함으로써, 거의 5V에 준하는 출력전압을 전원제어부(32) 한개만을 사용하여 가능하게 한다.

먼저, 전원공급부(31)의 직류 전압 24V를 사용하여 직류 출력전압 12V를 얻기 위한 컨버터를 구성한다.

각기 출력측으로부터 피드백을 받아서 동작하는 제1, 제2 전원제어부(12a, 12b)를 사용하여 직류전압 +12V 및 +5V의 출력을 생성하도록 구성된다.

전원 제어부(32)의 스위치(SW1)의 스위칭 동작을 제어하고, 그 스위치(SW1)의 온/오프되는 스위칭동작에 따라 제1 다이오드(D1), 제1 리액턴스(L1) 및 제1 콘덴서(C1)를 통해 필터링하여 제1 부하(14a)측으로 노이즈가 제거된 직류전압 +12V가 공급된다.

한편, 제2 부하(14b)측은 전원공급부(31)로부터 전원과 전원 제어부(32)로부터 펄스폭 변조신호를 입력받아 그 펄스폭 변조신호의 듀티를 2분주하여 제2 스위치(SW2)의 온/오프(ON/OFF)를 제어한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 스위칭신호 제어부(34)는 전원공급부(31)로부터 직류전원 24V, 제1 전원제어부(32)의 출력신호를 입력받는다.

여기서, 상기 스위칭 신호 제어부(34)는 J-K플립플롭(34a)과 논리곱 연산자(34b)로 구비되어 도 4와 같은 스위칭신호를 출력한다.

도 4의 (a)는 24V-12V 직류-직류(DC-DC Converter)의 제어 펄스폭 변조신호를 도시한 파형도이고, 도 4의 (b)는 J-K플립플롭의 출력신호를 나타낸 파형도, 도 4의 (c)는 도 4의 (a)와 (b)의 결과값을 논리곱 연산하여 얻은 파형도이다.

즉, 논리곱 연산자(AND gate)(34b)의 논리 특성에 의해, 도 4의 (c)는 도 4의 (a)에 비해 듀티가 1/2로 줄어들게 된다.

결국, 펄스폭 변조신호를 두번째 직류-직류 컨버터 블록에 제어 펄스폭 변조신호로 사용함으로써, +5V 전원을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예를 나타낸 예시도로서, 제1 부하(14a)의 컨버터 구성은 도 4와 동일하나, 제2 부하(14b)의 컨버터부분은 +12V를 공급받을 수 있도록 제1 부하(14a)의 단자와 제2 스위치(SW2)와 접속하고, 그 제2 스위치(SW2)의 스위칭 제어신호는 전원 제어부(32)의 펄스폭 변조신호로 대치하여 제2 부하(14b)에 +5V의 전원을 공급하도록 구성한다.

이와 같이, +5V의 컨버터를 +12V의 컨버터와 부착하는 형태로 할 경우에는 5V의 부하가 12V단에도 걸리는 단점이 있으나, 대신 5V부하의 변동에도 전원회로가 반응하게 되므로, 응답특성이 좋아지게 되고, 또한 앞서 기술한 J-K플립플롭(34a)이나, 논리곱 연산자(34b)를 사용하지 않아도 되므로, 더욱 간단하게 구성할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 입력전압 24V, 출력전압 +12V와 +5V인 경우, 우선 입력전압 24V, +12V출력의 직류-직류(DC-DC)컨버터를 설계하고, 그 제어신호의 펄스폭 변조(PWM)파형을 디지털 논리회로의 조합으로 2분주 내지 또는 그 이상 분주하여 또다른 스위칭 소자를 통하여 컨버터 회로를 구성함으로써, 출력을 적정한 한도내에서 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 회로가 단순해지고, 생산 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 제1 스위칭 동작신호를 출력하는 전원제어부와; 상기 제1 스위칭 동작신호 및 스위칭 제어신호에 의해 스위칭되어 상기 일정 직류전원을 변환하여 출력하는 제1, 제2 스위치와; 상기 제1, 제2 스위치 출력전류를 입력받아 필터링하여 다수의 제1, 제2 특정 전압을 출력하는 제1, 제2 필터부와; 상기 전원제어부의 출력신호의 주파수를 소정분주하여 상기 제2 스위치의 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭신호 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원공급장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 스위칭신호 제어부는 플립플롭과 논리곱 연산자로 구비되어, 클럭신호에 동기되어 입력신호에 따른 신호를 출력하고, 그 출력신호와 입력신호를 논리곱 연산하여 스위칭 제어신호를 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원공급장치.
3. 일정 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 제1 스위칭 동작신호를 출력하는 전원제어부와; 상기 제1 스위칭 동작신호에 의해 스위칭되어 상기 일정 직류전원을 변환하여 출력하는 제1 스위치와; 상기 제1 스위치 출력전류를 입력받아 필터링하여 제1 특정 전압을 출력하는 제1 필터부와; 상기 전원제어부의 출력신호에 의해 스위칭 제어되어 상기 제1 특정 전압을 변환하여 출력하는 제2 스위치와; 상기 제2스위치 출력전류를 입력받아 필터링하여 제2 특정 전압을 출력하는 제2 필터부로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원공급장치.