KR20040045098A

KR20040045098A - 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20040045098A
Application number: KR1020020073113A
Authority: KR
Inventors: 구자용; 신동식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-01

Abstract

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 외부로부터 공급되는 교류 전원을 전파정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전원의 주파수간격에 따라 발생되는 역방향 전류를 억제하는 캐패시터부를 포함하여 구성됨으로써, 브릿지 다이오드로 이루어지는 정류부에서 상기 외부 교류 전원을 전파정류할 경우 상기 전파정류시 온된 다음 오프되는 다이오드로부터 일시적으로 발생되는 역전류가 상기 다이오드에 병렬 연결되는 캐패시터에 의해 노이즈로 작용되는 것이 방지되어 상기 역방향 전류에 의한 노이즈를 제거하기 위한 별도의 노이즈 필터가 요구되지 않아 상기 노이즈 필터의 사용으로 인한 부품 수가 감소되는 동시에 소요되는 면적이 감소될뿐만 아니라 상기 부품으로 인해 소요되는 비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.

Description

전원 공급 장치{ Power supply }

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 일정한 주파수를 가지며 외부로부터 공급되는 교류 전원을 전파 정류할 경우 상기 전파 정류된 전원의 주파수에 따라 발생되는 역전류에 의해 발생되는 노이즈를 최소화시킬 수 있는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

가전 제품이 수출 및 내수 판매를 위해서는 전자파의 규제를 극복하여야 하는데 대부분의 전기 가전 제품인 세탁기, 냉장고, 청소기, 전자레인지 등은 내부 배선을 타고 흐르는 노이즈의 크기를 감소시키기 위하여 별도의 노이즈 필터 코일을 추가하여 노이즈를 감소시킴으로써 전자파의 규제를 극복하고 있다.

종래의 기술에 따른 전원 공급 장치는 도 1 에 도시된 바와 같이, 일정한 주파수를 가지며 외부로부터 공급되는 교류 전원(2)을 전파 정류시키는 정류부(10)와, 상기 정류된 전원을 상기 정류된 전원과 연결되는 부하(4)의 규격에 부합될 수 있도록 변환하는 변환부(20)와, 상기 정류부(10)에서 정류된 전원의 주파수 간격에 따라 발생되는 역전류를 억제하여 노이즈 발생을 방지하는 노이즈 필터(8)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 외부 교류 전원(2)과 노이즈 필터(8) 사이에는 상기 외부 교류 전원(2)에 대한 임피던스 매칭 기능을 수행하는 임피던스 매칭부(6)가 형성되며, 상기 임피던스 매칭부(6)는 전원 임피던스 안전화 회로망(Line Impedance Stablilization Network, 이하 LISN 이라 함)이 사용된다.

한편, 상기 정류부(10)는 다수개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 이루어져 상기 외부 교류 전원(2)을 전파 정류시킬 수 있는 브릿지 다이오드(Bridge Diode)로 구성되며, 상기 정류부(10)에 의해 정류된 전원은 상기 외부 교류 전원(2)에 비하여 두 배의 주파수를 가지게 된다.

또한, 상기 변환부(20)는 상기 정류부(10)에서 정류된 전원을 상기 부하(4)의 규격에 따라 변환되도록 하는 트랜스포머(Transformer)(21)와, 상기 트랜스포머(21)에 의해 변환된 전원이 평활되도록 다이오드(D5) 및 캐패시터(C1)로 이루어지는 평활부(22) 및 상기 평활부(22)에서 평활된 전압을 피드백(Feedback)시키는 피드백부(23)와, 상기 피드백부(23)에서 피드백된 전압에 따라 상기 트랜스포머(21)에서 변환되는 전원이 가변될 수 있도록 하는 트랜지스터(Q1)로 구성된다.

여기서, 상기와 같은 종래의 기술에 따른 전원 공급 장치는 상기 정류부(10)에서 외부 교류 전원(2)을 전파 정류할 경우 상기 정류되는 전원의 주파수 즉, 정류 주파수에 따라 상기 정류부(10)를 이루고 있는 다수개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 온/오프되는 동작을 반복하게 된다.

특히, 상기 외부 교류 전원(2)이 양(+)에서 음(-) 또는 음(-)에서 양(+)으로 바뀌는 경우 온된 다이오드가 오프되는데, 이때 상기 오프되는 다이오드의 경우 도2a 와 같이 순방향 전류가 즉시 차단되지 않고 일시적으로 역방향 전류가 흐르게 되는데, 이를 리버스 리커버리(Reverse Recovery)라 한다.

따라서, 상기 오프되는 다이오드에서 도 2b 에 도시된 바와 같이, 상기 역방향 전류에 의해 오프되는 다이오드에서 발생되는 전압이 불안정하게 된다.

또한, 상기 정류부(10)에서 발생되는 노이즈의 주파수 스펙트럼은 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 외부 교류 전원(2)의 주파수를 f₀라 할 경우 상기 정류부(10)의 정류 주파수는 2f₀가 되어 그 주기가 짧아지게 되며 상기 정류 주파수에 따른 주기 간격으로 강한 노이즈가 발생된다. 예를 들어, 상기 외부 교류 전원(2)의 주파수가 60Hz 라 하면 상기 정류 주파수는 120Hz 가 되며 상기 120Hz 에 따른 주기 간격으로 강한 노이즈가 발생되는 것이다.

따라서, 상기 정류 주파수 간격으로 발생되는 역방향 전류는 상기 정류 주파수 간격마다 노이즈로 작용하게 되기 때문에 상기 정류부(10)의 전단에 형성되는 노이즈 필터(8)를 통해 상기 노이즈를 제거하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 전원 공급 장치는 상기 노이즈를 제거하기 위하여 별도의 노이즈 필터가 사용되기 때문에 상기 노이즈 필터로 인한 면적이 증가하게 되고, 그에 따라 소요되는 비용이 증가된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,그 목적은 외부 교류 전원의 전파 정류시 정류 주파수 간격으로 발생되는 역방향 전류에 따르 노이즈를 감소키기기 위하여 별도의 노이즈 필터를 사용하지 않고, 상기 발생되는 역방향 전류를 캐패시터를 통해 충전시킴으로써 상기 역방향 전류가 노이즈로 작용하는 것을 사전에 방지할 수 있을뿐만 아니라, 별도의 노이즈 필터를 사용하지 않기 때문에 그에 따른 면적 및 비용이 감소될 수 있는 전원 공급 장치를 제공하는데 있다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 전원 공급 장치가 도시된 구성도,

도 2 는 도 1 의 정류부에서 전파 정류시 발생되는 역방향 전류 및 전압이 도시된 그래프,

도 3 은 도 1 의 정류부에서 발생되는 노이즈의 주파수 스펙트럼이 도시된 그래프,

도 4 는 본 발명에 따른 전원 공급 장치가 도시된 구성도,

도 5 는 도 4 의 정류부에서 전파 정류시 발생되는 역방향 전류 및 전압이 도시된 그래프,

도 6 은 도 4 의 정류부에서 발생되는 노이즈의 주파수 스펙트럼이 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

51 : 외부 교류 전원 52 : 부하

53 : 임피던스 매칭부 54 : 노이즈 필터

60 : 정류부 70 : 변환부

71 : 트랜스포머 72 : 평활부

73 : 피드백부 74 : 트랜지스터

80 : 캐패시터부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 외부로부터 공급되는 교류 전원이 전파 정류되도록 하는 정류부와, 상기 정류된 전원을 상기 외부 교류 전원과 연결되는 부하의 규격에 부합되도록 변환시키는 변환부와, 상기 정류부에서 정류된 전원의 주파수 간격으로 발생되는 역전류를 억제하는 캐패시터부를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전원 공급 장치는 도 4 에 도시된 바와 같이, 일정한 주파수를 가지는 교류 전원이 발생되는 전원 공급부(51)와, 상기 교류 전원(51)을 전파 정류하는 정류부(60)와, 상기 정류부(60)에서 정류된 전원과 연결되는 부하(52)의 규격에 부합되도록 상기 정류된 전원을 변환시키는 변환부(70)와, 상기 정류부(60)에서 정류된 전원의 주파수의 따른 주기 간격으로 발생되는 역방향 전류를 억제하는 캐패시터부(80)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 외부 교류 전원(51)과 정류부(60) 사이에는 상기 외부 교류 전원(51)에 대한 임피던스가 매칭될 수 있도록 하는 임피던스 매칭부(53)와, 상기 정류부(60)에서 발생되는 역방향 전류에 따른 노이즈 발생을 방지하는 노이즈 필터(54)가 연결된다.

한편, 상기 정류부(60)는 제 1 내지 제 4 다이오드(D6, D7, D8, D9)로 이루어지는 브릿지 다이오드로 구성되며, 상기 캐패시터부(80)는 상기 제 1 내지 제 4 다이오드(D6, D7, D8, D9)에 각각 병렬 연결되는 제 1 내지 제 4 캐패시터(C3, C4, C5, C6)로 구성된다.

여기서, 상기 정류된 전원의 주파수는 상기 외부 교류 전원(51)의 주파수를 f₀라 할 경우 2f₀를 가지게 되며, 상기 정류부(60)는 상기 정류 주파수에 따라 온/오프되는 다이오드가 달라지게 되는데, 예를 들어 상기 외부 교류 전원(51)이 양(+)인 경우에는 제 2 및 제 3 다이오드(D7, D8)가 온되고, 상기 외부 교류 전원(51)이 음(-)으로 바뀌는 경우 상기 제 2 및 제 3 다이오드(D7, D8)는 오프되는 동시에 상기 제 1 및 제 4 다이오드(D6, D9)가 온되어 전파 정류가 수행되는 것이다.

마찬가지로, 상기 외부 교류 전원(51)이 음(-)에서 양(+)으로 바뀌는 경우에는 상기 제 1 및 제 4 다이오드(D6, D9)는 오프되고, 상기 제 2 및 제 3다이오드(D7, D8)가 온된다.

여기서, 상기 다수개의 다이오드(D6, D7, D8, D9)가 온/오프되는 주기는 상기 정류 주파수에 따른 주기이고, 상기 외부 교류 전원(51)이 양(+)에서 음으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 바뀔 경우 오프되는 다이오드는 순방향 전류가 즉시 차단되지 못하고 일시적으로 역방향 전류가 흐르게 되는데, 이러한 역방향 전류는 상기 다이오드(D6, D7, D8, D9)와 병렬 연결된 캐패시터(C3, C4, C5, C6)에 충전되어 노이즈로 작용되는 것이 방지되는 것이다.

이때, 상기 노이즈 필터(54)가 역방향 전류에 따른 노이즈를 제거하는 역할 수행하는데, 본 발명에서는 상기 노이즈 필터(54)가 반드시 요구되는 것은 아니며 필요에 따라 선택적으로 사용되는 것으로써, 상기 노이즈 필터(54)의 사용에 따른 면적 및 비용이 감소될 수 있게 된다.

또한, 온상태에서 오프상태로 바뀌는 다이오드의 전류 및 전압은 도 5a 및 도 5b 에 도시된 바와 같이, 종래의 전원 공급 장치에 비하여 상기 오프되는 다이오드에서 발생되는 역방향 전류에 따른 전압이 상기 다이오드와 병렬 연결되는 캐패시터를 충전시켜줌에 따라 상기 역방향 전류에 따는 고조파 성분의 발생을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 변환부(70)는 SMPS가 사용되며, 상기 변환부(70)는 상기 정류부(60)에서 정류된 전원을 상기 부하(52)의 규격에 따라 변환시키는 트랜스포머(71)와, 상기 트랜스포머(71)에 의해 변환된 전원을 평활시켜 직류 전원으로 변환시키는 다이오드(D10) 및 상기 다이오드(D10)와 병렬 연결되는 캐패시터(C2)로이루어지는 평활부(72)와, 상기 평활부(72)의 직류 전압을 피드백시키는 피드백부(73)와, 상기 피드백된 전원에 따라 상기 트랜스포머(71)에서 변환되는 전원이 가변될 수 있도록 하는 트랜지스터(Q2)로 구성되고, 상기 트랜지스터(Q2)의 스위칭 주파수는 상기 정류 주파수에 의해 변조되어 노이즈로 작용하게 되는데, 이때 상기 캐패시터부(80)에 의해 정류 주파수가 억제되면 상기 스위칭 주파수가 노이즈로 작용되는 것 또한 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전원 공급 장치의 동작은 먼저, 상기 임피던스 매칭부(52)에 의해 임피던스가 매칭된 외부 교류 전원(51)이 공급되면 상기 정류부(60)에서 외부 교류 전원(51)을 전파 정류한다.

여기서, 상기 정류부(60)에서 정류된 전원은 상기 외부 교류 전원(51)의 주파수를 f₀라 할 경우 2f₀를 가지게 되며, 상기 2f₀에 따른 주기 간격으로 상기 정류부(60)의 제 1 내지 제 4 다이오드(D6, D7, D8, D9)가 온/오프되는데, 즉 상기 외부 교류 전원(51)이 양(+)인 경우 상기 제 2 및 제 3 다이오드(D7, D8)가 온되고, 외부 교류 전원(51)이 음(-)인 경우 상기 제 2 및 제 3 다이오드()는 오프되는 동시에 상기 제 1 및 제 4 다이오드(D6, D9)는 온된다.

특히, 상기 외부 교류 전원(51)이 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 바뀔 경우 오프되는 다이오드는 도 6a 에 도시된 바와 같이, 오프되는순간 즉시 순방향 전류가 차단되지 않고 일시적으로 역방향 전류가 흐르게 된다.

따라서, 상기 역방향 전류에 따라 전압이 발생되는데, 상기 역방향 전류가 상기 제 1 내지 제 4 다이오드(D6, D7, D8, D9)에 각각 병렬 연결되는 다수개의 캐패시터(C3, C4, C5, C6)로 충전되므로, 상기 역방향 전류가 노이즈로 작용되는 것이 사전에 방지될 수 있는 것이다.

상기 정류부(60)에서 정류된 전원은 상기 변환부(70)의 트랜스포머(71)에 의해 상기 부하(52)의 규격에 부합되도록 변환되고, 상기 평활부(72)에 의해 직류 전원으로 변환된다.

상기 평활부(72)에서 평활된 전원은 상기 피드백부(73)에 의해 상기 트랜지스터(Q2)로 피드백되고, 상기 피드백된 전압에 따라 상기 트랜지스터(Q2)는 상기 트랜스포머(71)에서 변환되는 전원을 가변시킬 수 있는 것이다.

즉, 상기 트랜지스터(Q2)로 피드백된 전압에 따라 상기 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에서 흐르는 전류의 크기가 가변되면서 상기 트랜지포머(71)에서 변환되는 전원이 가변되어 상기 부하(52)의 규격에 최적화된 전원이 공급될 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 외부로부터 공급되는 교류 전원을 전파정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전원의 주파수간격에 따라 발생되는 역방향 전류를 억제하는 캐패시터부를 포함하여 구성됨으로써, 브릿지 다이오드로 이루어지는 정류부에서 상기 외부 교류 전원을 전파정류할 경우상기 전파정류시 온된 다음 오프되는 다이오드로부터 일시적으로 발생되는 역전류가 상기 다이오드에 병렬 연결되는 캐패시터에 의해 노이즈로 작용되는 것이 방지되어 상기 역방향 전류에 의한 노이즈를 제거하기 위한 별도의 노이즈 필터가 요구되지 않아 상기 노이즈 필터의 사용으로 인한 부품 수가 감소되는 동시에 소요되는 면적이 감소될뿐만 아니라 상기 부품으로 인해 소요되는 비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.

Claims

외부로부터 공급되는 교류 전원이 전파 정류되도록 하는 정류부와,

상기 정류된 전원을 상기 외부 교류 전원과 연결되는 부하의 규격에 부합되도록 변환시키는 변환부와,

상기 정류부에서 정류된 전원의 주파수 간격으로 발생되는 역전류를 억제하는 캐패시터부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전원 공급 장치는 상기 정류부에서 발생되는 역전류가 상기 외부 교류 전원측으로 입력되는 것이 방지되도록 하는 노이즈 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 정류부는 다수개의 다이오드로 이루어지는 브릿지 다이오드(Bridge Diode)로 구성되고,

상기 캐패시터부는 상기 다수개의 다이오드에 각각 병렬 연결되는 다수개의 캐패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 외부 교류 전원의 주파수를 f₀라 할 경우 상기 정류부에서 정류된 전원의 주파수는 2f₀이며,

상기 캐패시터부는 상기 2f₀간격으로 발생되는 역전류가 충전되도록 하여 노이즈로 작용되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.