KR20040021656A - 댐핑 네트워크를 갖는 스위칭-모드 전원 - Google Patents

댐핑 네트워크를 갖는 스위칭-모드 전원 Download PDF

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KR20040021656A
KR20040021656A KR10-2004-7001178A KR20047001178A KR20040021656A KR 20040021656 A KR20040021656 A KR 20040021656A KR 20047001178 A KR20047001178 A KR 20047001178A KR 20040021656 A KR20040021656 A KR 20040021656A
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KR
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power supply
secondary winding
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switched
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KR10-2004-7001178A
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아힘 엘게르트
미셸 티볼
쟝-폴 로벨
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톰슨 라이센싱 소시에떼 아노님
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Abstract

스위칭-모드 전원은 변압기(TR)와, 상기 변압기(TR)의 1차 권선(WP)과 직렬인 스위칭 트랜지스터(T1)와, 2차 측상의 댐핑 네트워크(DN)를 포함하며, 상기 댐핑 네트워크(DN)는 추가적인 2차 권선(W2)을 위한 연결부를 구비하며, 이를 통해 에너지가 이러한 댐핑 네트워크로부터 예컨대 이러한 2차 권선에 결합된 전하-축적 커패시터(C3)에 전달된다. 연결부는 유리하게는 예컨대 다이오드(D3)와 같은 정류 요소를 통해서 생성되며, 다이오드(D3)는 제 2의 2차 권선(W2)을 위한 정류 다이오드(D5) 이후에 결합된다. 추가적인 예시적인 실시예에서, 제 1의 2차 권선(W1)을 위한 정류기 다이오드(D1)와 병렬로 연결되는 직렬 회로에서의 다이오드(D2)는 제 1의 2차 권선(W1)을 위한 전하-축적 커패시터(C1)에 결합되기보다는 마찬가지로 제 2의 2차 권선(W2)을 위한 전하-축적 커패시터(C3)에 결합된다.

Description

댐핑 네트워크를 갖는 스위칭-모드 전원{SWITCHED-MODE POWER SUPPLY WITH A DAMPING NETWORK}
플라이백 컨버터 모드에서, 에너지는 스위칭 트랜지스터가 스위칭 온되는 상태 동안에 변압기에 저장되며, 이것은 후속적으로 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프 되는 상태 동안에 2차측으로 송신된다. 이 경우, 그러나, 장애 전압 스파이크(disturbing voltage spikes)가, 스위칭 트랜지스터가 스위치 오프될 때 생성되며, 이들 스파이크는 스위칭 트랜지스터에 심각한 전압 부하를 유도할 뿐만 아니라 방사된 간섭(radiated interference)을 야기한다. 또한 스너버(snubber) 네트워크로도 지칭되는 댐핑 네트워크가 1차 권선과 병렬로 제공되는 것이 알려져 있고, 이 네트워크는, 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프될 때 스위칭 트랜지스터의 현재 입력의 전압 스파이크를 제한하는데 사용된다. 이 네트워크는 보통 1차 권선과 병렬로 커패시터를 가지며, 이 커패시터는 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프될 때 충전되고, 그 에너지는 입력 측 상의 에너지-축적 커패시터에 방출되거나, 저항에서 소비되어 열로 변환된다. 이러한 유형의 댐핑 네트워크는 예컨대 DE-A-40 29 221로부터 알려져 있다.
EP-A-0 695 023은 1차 권선과 병렬인 댐핑 네트워크에 추가로 변압기의 2차 측 상의 권선과 병렬인 제 2 댐핑 네트워크를 또한 갖는 스위칭-모드 전원을 개시한다. 이 경우, 커패시터와 제 2 다이오드에 의해 형성된 직렬 회로는 정류 다이오드와 병렬로 연결되며, 이것은 전하-축적 커패시터 양단에 원하는 출력 전압을 생성하며, 이러한 직렬 회로의 중심 지점은 다이오드 및 인덕턴스를 통해서 기준 전위에 연결된다. 에너지는 이 경우에 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프될 때 에너지 복구를 위해 이러한 커패시터를 통해서 전하-축적 커패시터에 전달된다.
이러한 스위칭-모드 전원의 동작 방법이 이제 도 1을 참조하여 좀더 상세하게 기술될 것이다. 이 스위칭-모드 전원은 네트워크 연결부(UN)를 구비하며, 에너지-축적 커패시터(CO)가 다음에 오는 네트워크 정류기(1)가 이 연결부(UN)에 연결되고, 이 커패시터(CO) 양단에 DC 전압(U0)이 생성된다. 이것은 변압기(TR)의 1차 권선(WP)에 인가되고, 이 1차 권선과 직렬로 스위칭 트랜지스터(T1)가 연결된다. 스위칭 트랜지스터(T1)는 여기서 기호로만 예시된 구동 회로(2)에 의해 알려진 방식으로 스위칭 펄스(3)를 통해 구동된다. 이 경우, 스위칭-모드 전원은 특히 플라이백 컨버터 모드로 동작하며, 여기서 스위칭 트랜지스터(T1)가 스위칭 오프되는 상태 동안에 에너지가 변압기(TR)로부터 하나 이상의 2차 권선으로 전달된다.
트랜지스터(T1)가 스위칭 오프될 때의 댐핑 전압 스파이크를 위한 댐핑 네트워크는 1차 권선(WP)과 병렬로 연결된다. 이 댐핑 네트워크는 커패시터(Cs)와 다이오드(Ds)에 의해 형성된 직렬 회로를 구비하며, 이때 저항(Rs)이 다이오드와 병렬로 연결된다. 스위칭 트랜지스터(T1)가 스위칭 오프될 때 생성되는 전압 스파이크는 이 경우 커패시터(Cs)에 의해 흡수되고, 부분적으로 다이오드(Ds)를 통해 에너지-축적 커패시터(C0)에 피드백되는 반면, 나머지는 저항(Rs)에서 열로 전환된다.
2차측 상에서, 스위칭-모드 전원은 2차 권선(W1)을 구비하며, 이것은 정류기 다이오드(D1)와 전하-축적 커패시터(C1) 양단에 원하는 출력 전압(U1)을 제공한다. 전압 스파이크를 억압하고, 스위칭-모드 전원에서 전력 손실을 줄이기 위해, 댐핑 네트워크는 마찬가지로 2차 권선(W1)에 결합된다. 이 댐핑 네트워크는 다이오드(D1)와 병렬로 커패시터(C2) 및 다이오드(D2)를 갖는 제 1 직렬 회로를 구비하고, 인덕턴스(L1) 및 다이오드(D4)를 가지며, 제 1 직렬 회로 상의 탭(a)과 기준 전위 사이에 배치되는 제 2 직렬 회로를 구비한다. 저항(R1)이 또한 인덕턴스(L1)와 병렬로 연결되고, 이 인덕턴스와 커패시터(C2) 사이의 발진(oscillation)을 댐핑하는데 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 2차 측 상의 네트워크는 다음과 같이 동작한다: 스위칭 트랜지스터(T1)가 스위칭 온되는 상태 동안, 2차 권선(W1) 상의 전압(Us)은 음의 값이 되어, 커패시터(C2)가 인덕턴스(L1)와 다이오드(D4)를 통해 충전된다. 그에 따라, 이 과정에서, 에너지가 커패시터(C2)에 축적되고, 이때, 인덕턴스(L1)는 충전 과정 동안에 전류 상승을 제한한다. 스위칭 트랜지스터(T1)가 스위칭 오프될 때, 전압(Us)은, 결국 전압(U1)에 도달할 때까지 신속하게 상승하며, 다이오드(D1)는 순방향-바이어스 상태로 변화하며, 이때 전하-축적 커패시터(C1)는 그에 따라 다시 한번 재충전된다. 그러나, 출력 전압(U1)은 커패시터(C2) 양단의 더 이른 스테이지에서 도달되며, 이는 C2 및 D2로 형성된 직렬 회로의 중심 지점(a)이 전압(Us)에 대해 양의 값이 되기 때문이다. 그에 따라, 다이오드(D2)는 다이오드(D1)에 앞서 순방향-바이어스되어, 전압(Us)의 전압 상승이 댐핑된다. 커패시터(C2)에서의 에너지는 마찬가지로 이 과정 동안에 전하-축적 커패시터(C1)로 전달된다. 이 경우, 커패시터(C2)와 인덕턴스(L1) 사이에서 일어나는 발진은 저항(R1)에 의해 댐핑된다. 이러한 댐핑 네트워크의 동작에 대한 추가적인 상세한 사항이 EP-A-0 695 023에서 기술되어 있으며, 이것은 여기서 참조된다.
1차측 상에 댐핑 네트워크를 가지며 및 2차측 상에 댐핑 네트워크를 갖는 추가적인 댐핑 네트워크가 EP-A-0 279 335로부터 알려져 있다.
본 발명은 변압기와, 변압기의 1차 권선과 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 구비하는 스위칭-모드 전원에 관한 것이다. 이러한 유형의 스위칭-모드 전원은 예컨대 텔레비전, 비디오 레코더 또는 컴퓨터 모니터에서 사용되며, 바람직하게는 대략 50W에서 150W에 이르는 전력 범위에서 플라이백(flyback) 컨버터로서 동작한다.
도 1은 2차 측 상에 배치된 종래기술에 따른 댐핑 네트워크를 갖는 스위칭-모드 전원을 도시한 도면.
도 2는 2차 측 상에 배치된 본 발명에 따른 댐핑 네트워크로서, 제 1의 2차 권선을 위한 전하-축적 커패시터뿐만 아니라 제 2의 2차 권선을 위한 전하-축적 커패시터에도 에너지를 공급하는, 댐핑 네트워크를 도시한 도면.
도 3은 2차측 상에 배치된 댐핑 네트워크로서, 제 2의 2차 권선을 위한 두개의 연결부를 갖는, 댐핑 네트워크를 도시한 도면.
본 발명의 목적은 이전 유형의 2차측 상의 댐핑 네트워크에서 전력 손실을 줄이는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 기재된 스위칭-모드 전원에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 진전이 종속항에 명시되어 있다.
본 발명에 따라, 댐핑 네트워크는 제 2의 2차 권선을 위한 연결부를 구비하며, 이것을 통해 에너지가 이러한 댐핑 네트워크로부터 예컨대 이러한 2차 권선에 결합된 전하-축적 커패시터로 전달된다. 연결부는 유리하게는 예컨대 다이오드와같은 정류 요소를 통해서 생성되며, 이러한 정류 요소는 제 2의 2차 권선의 정류 다이오드 이후에 연결되며, 그에 따라 이러한 2차 권선이 댐핑 네트워크 상에 임의의 반응을 갖는 것을 방지한다.
추가적인 예시적인 실시예에서, 제 1의 2차 권선의, 정류기 다이오드와 병렬로 연결된 직렬 회로에서의 다이오드는 제 1의 2차 권선을 위한 전하-축적 커패시터에 결합되는 것이 아니라 마찬가지로 제 2의 2차 권선을 위한 전하-축적 커패시터에 결합된다. 이것은 제 1의 2차 권선의 동작 전압이 제 2의 2차 권선의 동작 전압보다 상당히 더 높을 때 특히 유리하여서, 이러한 커패시터는 상당한 정도로 방전되고, 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프될 때의 네트워크의 댐핑 특징이 개선된다. LC 저역 통과 필터는 또한 특히 이러한 커패시터와 제 2의 2차 권선을 위한 전하-축적 커패시터 사이의 연결부에서 배치되며, 이러한 전하-축적 커패시터 상의 장애 전압 스파이크를 방지하는데 사용된다.
본 발명은 예컨대 개략적인 도면을 참조한 다음의 설명에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따른 스위칭-모드 전원은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 변압기의 1차 권선과 직렬로 연결된 스위칭 트랜지스터를 통해 예컨대 플라이백 컨버터 원리로 동작한다. 그러나, 이것은 이러한 원리로 제한되지 않는다. 이러한 스위칭-모드 전원의 동작에 관한 더 상세한 사항은 특히 EP-A-0 695 023을 참조해야 한다. 도 2 및 도 3은 2차측 상에 배치된 개선된 댐핑 네트워크에 관한 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 도시한다. 그에 따라, 동일한 소자에는 동일한 참조부호가 제공된다. 더나아가, 도 2 및 도 3에서, 1차 측 상에 있는 스위칭-모드 전원 부분 및 특히 전압 안정화를 위한 조정 요소 및 추가적인 2차 권선과 같은 2차 측상의 추가적인 상세한 사항은 미도시되며, 이는 이들이 본 발명에 관련되지 않기 때문이다.
도 2는 2차 권선(W1 및 W2)을 가지며, 2차 측 상에 배치되는 스위칭 모드 전원을 위한 변압기(TR)를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 2차 권선(W1)은 다이오드(D1) 및 전하-축적 커패시터(C1)를 통해 제 1 동작 전압(U1)을 생성하며, 2차 권선(W2)은 다이오드(D5) 및 전하-축적 커패시터(C3)를 통해 제 2 동작 전압(U2)을 생성한다. 동작 전압(U1 및 U2)은 특히 텔레비전에서 전자 회로에 전원을 공급하기 위해 사용된다.
더나아가, 도 2에 도시된 회로는 댐핑 네트워크(DN)를 구비하며, 이 네트워크(DN)는 입력 측 상에서 2차 권선(W1)에 결합되고, 출력 측 상에서 전하-축적 커패시터(C1 및 C3)에 결합된다. 이것은 다이오드(D1)와 병렬인 커패시터(C2) 및 다이오드(D2)를 포함하는 직렬 회로를 포함하며, 도입부에서 이미 기술된 바와 같이 이 다이오드(D1)에 의해 에너지가 2차 권선(W1)으로부터 전하-축적 커패시터(C1)에 전달된다. 더나아가, 예컨대 100의 인덕턴스를 갖는 코일인 인덕턴스(L1)와 다이오드(D4)를 포함하는 직렬 회로가 커패시터(C2)와 다이오드(D2) 사이의 접합 지점(a)에 결합되어, 전류가 기준 전위로부터 접합 지점(a) 방향으로 흐르게 한다. 저항(R1)이 또한 인덕턴스(L1)와 병렬로 연결된다. 지금 까지, 이 회로는 L1 및 D4의 순서가 바뀐 것을 제외하고는 도 1에 기술된 댐핑 네트워크에 대응한다.
본 발명에 따라, 접합 지점(a)과 인덕턴스(L1) 사이의 접합 지점 즉, 이 예시적인 실시예에서는 다이오드(D4)와 L1 사이의 접합 지점(b)이 이제 변압기(TR)의 제 2의 2차 권선(W2)에 연결된다. 이 경우, 연결이 다이오드(D3)를 통해서 생성되며, 이 다이오드(D3)에 의해, 인덕턴스(L1)가 전하-축적 커패시터(C3)에 결합된다.
이 회로는, 이 경우 다음과 같이 동작한다: 스위칭-모드 전원의 스위칭 트랜지스터가 스위칭 온될 때, 2차 권선(W1)의 전압(Us)은 음의 값이 되어, 커패시터(C2)는 다이오드(D4)와 인덕턴스(L1)를 통해서 이 2차 권선 상의 음의 순방향 전압에 대응하여 충전된다. L1은 이 경우 충전 전류를 제한하며, 그 결과로 결국 커패시터(C2)는 스위칭 트랜지스터가 스위칭 온될 때 느리게 충전된다.
스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프될 때, 전압(Us)은 매우 빠르게 상승하며, 접합 지점(a)에서의 전압이 전압(U1)에 도달할 때, 다이오드(D2)는 순방향-바이어스되어, 커패시터(C2)는 전하-축적 커패시터(C1)의 방향으로 방전된다. 이러한 과정에서, 다이오드(D2)는 다이오드(D1)의 업스트림 상의 커패시터(C2) 양단의 양의 전압의 결과로 순방향-바이어스되어, 그 결과, 전압(Us)의 전압 상승은 제한되며, 변압기 권선(WP, W1) 사이의 결합은 마찬가지로 스위칭 트랜지스터(T1) 양단의 전압 상승을 제한한다. 이러한 과정에서 커패시터(C2)가 2차 권선(W1)으로부터 탭 오프(tap off)한 전하는 그 결과로 시스템으로 다시 한번 피드백되며, 그에 따라 분실되지 않는다. 그러나, 이 경우, 커패시터(C2)와 인덕턴스(L1) 사이에 발진이 발생하며, 이들은 저항(R1)에 의해 댐핑되어야 한다. 그러나, 이들 발진은 이제 추가적으로 다이오드(D3)에 의해 댐핑되어서, 저항(R1)에서의 전력 손실이 상당히 감소된다.
도 3은 본 발명에 따라서 2차 측 상에 배치되는 댐핑 네트워크의 추가적인 예시적인 실시예를 도시한다. 그러나, 이 경우, 다이오드(D2)는 전하-축적 커패시터(C1)에 결합되지 않고, 다이오드(D3)와 동일한 방식으로 마찬가지로 2차 권선(W2)을 위한 전하-축적 커패시터(C3)에 결합된다. 이것은 특히 전압(U1)이 전압(U2)보다 상당히 더 클 때 유리하다. 이 예시적인 실시예에서, 전압(U1)은 예컨대 130V의 시스템 전압(Usys)이며, 동작 전압(U2)은 10V의 전압이어서, 커패시터(C2)는 2차 권선(W1) 상의 전압(Us)이 높을 때 상당한 정도로 방전될 수 있다. 이것은 훨씬 큰 댐핑 효과를 달성한다.
이 예시적인 실시예에서, 동작 전압(U2)이 비디오 공급 전압으로서 사용되므로, 인덕턴스(L2) 및 커패시터(C4)를 포함하는 필터 요소가 또한 다이오드(D2)와전하-축적 커패시터(C3) 사이에 배치된다. 이것은 전원 전압(U2) 상의 전압 스파이크로부터 유래된 화상 간섭을 피하게 한다.
본 발명의 더 세련된 형태는 당업자의 범주 내에 있으며, 예컨대, 다이오드(D2)는 또한 2차 권선(W2)에 연결되는 대신에 변압기(TR)의 추가적인 2차 권선에 연결될 수 있다. 여기서 설명된 예시적인 실시예 및 청구항에서, 다이오드는 바람직하게는 정류 요소로서 사용된다. 그러나, 본 발명의 범주 내에서, 다른 정류 요소, 예컨대 전압 정류 목적으로 스위칭되는 트랜지스터가 또한 다이오드 대신에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 변압기와, 변압기의 1차 권선과 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 구비하는 스위칭-모드 전원에 이용된다.

Claims (10)

  1. 변압기(TR)와, 상기 변압기(TR)의 1차 권선(WP)과는 직렬인 스위칭 트랜지스터(T1)를 구비한 스위칭-모드 전원으로서,
    상기 변압기의 제 1의 2차 권선(W1)은 제 1 다이오드(D1)를 통해서 동작 전압(U1)을 공급하는 전하-축적 커패시터(C1)에 연결되고, 제 2 다이오드(D2)를 갖는 직렬 회로를 통해서 이러한 전하-축적 커패시터(C1)에 연결되며,
    상기 직렬 회로(D2, C2)의 접합 지점(a)은 인덕턴스(L1)를 통해서 기준 전위에 연결되는, 스위칭-모드 전원에 있어서,
    상기 인덕턴스(L1)와 상기 제 1 접합 지점(a) 사이의 제 2 접합 지점(b)은 상기 변압기(TR)의 제 2의 2차 권선(W2)에 연결되는,
    것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 접합 지점(b)은 정류 요소(D3), 특히 제 3 다이오드(D3)를 통해서 상기 제 2의 2차 권선(W2)을 위한 전하-축적 커패시터(C3)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 4 다이오드(D4)는 상기 기준 전위와 상기 제 1 접합 지점(a) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 4 다이오드가 상기 제 1 인덕턴스(L1)와 상기 제 1 접합 지점(a) 사이에 배치되는 것과, 상기 정류 요소(D3)의 양극이 상기 제 1 인덕턴스(L1)와 상기 제 4 다이오드(D4) 사이의 접합 지점(b)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직렬 회로가 상기 제 2 다이오드(D2)와 직렬인 제 2 커패시터(C2)를 구비하는 것과, 상기 제 1 접합 지점(a)이 상기 제 2 커패시터(C2)와 상기 제 2 다이오드(D2) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 다이오드(D2)는 상기 제 1의 2차 권선(W1)에 결합되기보다는 상기 제 2 권선(W2) 또는 상기 변압기(TR) 상의 추가적인 2차 권선에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 다이오드(D2)의 음극은 이러한 2차 권선(W2)을 위한 전하-축적 커패시터(C3)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 필터(L2, C4)는 상기 제 2 다이오드(D2)와 이러한 2차 권선(W2) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 필터(L2, C4)는 LC 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 동작 전압(U1)은 텔레비전이나 모니터의 시스템 전압이고, 예컨대 100V 이상이며, 상기 제 2 동작 전압(U2)은 낮은 동작 전압, 특히 20V미만인 것을 특징으로 하는, 스위칭-모드 전원.
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