KR200443209Y1 - 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호회로 - Google Patents

로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 고안은 차량용 오디오기기 등에 적용되는 VFD(vacuum fluorescent display)용 전원장치, 특히 로이어 컨버터(Royer converter)를 채용한 전원장치의 출력단에 적용되는 보호회로에 관한 것이다. 본 고안은, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 승압트랜스와 출력단 사이에 삽입되어 출력 단락 및 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위한 보호회로로서, 출력 단락 및 과전류시의 후방리플이 승압회로를 타고 발진회로로 일정 전류 이상은 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 보호회로는 상기 전원장치의 DC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제1댐핑코일과, 상기 전원장치의 AC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제2댐핑코일을 포함할 수 있는데, 상기 제1댐핑코일은 전원장치의 승압트랜스의 제1출력단과 DC 출력단 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제2댐핑코일은 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단의 제1단자와 AC 출력단 중 하나에 직렬로 연결되는 제1권선과, 승압트랜스의 제2출력단의 제2단자와 AC 출력단 중 다른 하나에 직렬로 연결되는 제2권선을 포함할 수 있다.

Description

로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호회로 {Protection circuit for power supply adopting Royer converter}
도 1은 종래의 AC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 2는 종래의 DC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 3은 도 1의 전원장치의 실제 구성 회로 예시도.
도 4는 도 2의 전원장치의 실제 구성 회로 예시도.
도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 AC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 6은 본 고안의 일실시예에 따른 DC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 7은 도 5의 전원장치의 실제 구성 회로도.
도 8는 도 6의 전원장치의 실제 구성 회로도.
도 9는 본 고안의 다른 실시예에 따른 AC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 10은 본 고안의 다른 실시예에 따른 DC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도.
도 11은 도 9의 전원장치의 실제 구성 회로도.
도 12는 도 10의 전원장치의 실제 구성 회로도.
본 고안은 차량용 오디오기기 등에 적용되는 VFD(vacuum fluorescent display)용 전원장치, 특히 로이어 컨버터(Royer converter)를 채용한 전원장치의 출력단에 적용되는 보호회로에 관한 것이다.
전원장치에 적용되는 다양한 컨버터 종류 중에서, 로이어 컨버터는 자려형 푸시풀 방식에 기반한 것으로서 주로 카오디오용 VFD 드라이버 등의 전원용으로 많이 사용된다. VFD에는 DC/AC(또는 DC)전원이 공히 필요하므로 출력을 2차수로 하여 1차는 DC전원을 만들고 2차는 AC 또는 정류회로를 넣어 DC전원으로 사용한다
도 1과 도 2는 종래의 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록 구성도이다. 도 1은 AC 전원과 DC 전원이 출력되는 경우로서 정류회로가 한 개 있는 예를 나타내고, 도 2는 두 개의 DC 전원이 출력되는 경우로서 정류회로가 두 개 있는 예를 나타낸다.
한편, 도 3과 도 4는 각각 도 1과 도 2에 나타낸 블록구성도의 실제 회로의 예시도이다. 도 3에서는 Vdc_OUT 단자에서 DC 전원이 출력되고, FL+와 FL-에서 AC 전원이 출력되므로, 다이오드 D1, D2로 이루어지는 정류회로가 Vdc_OUT 측에 삽입 되어 있다. 도 4에서는 Vdc_OUT 단자와 FL+/FL- 단자에서 모두 DC 전원이 출력되므로, 다이오드 D1, D2 및 D3, D4로 이루어지는 정류회로가 각각에 삽입되어 있다.
그런데, 종래의 로이어 컨버터를 채용한 전원장치에서 출력이 단락 및 과전류되면 후방리플(back ripple)이 증가하여 발진부인 콘텐서 C1 및 트랜지스터 Q1, Q2에 흐르는 전류가 증가하고 발진주파수가 상승하게 되어, 결국 이들 콘덴서와 트랜지스터가 파괴된다. 특히 근래에 나오는 VFD의 2차 DC전압이 매우 높으므로, VFD 생산 공정에서 테스트지그에서 VFD를 장착할 때에 순간적인 접촉에 의하여 스파크가 발생하여 VFD가 파손되는 일이 빈번하게 발생한다. 이 경우에는 전원을 끄고 고장난 VFD를 제거하고 방전시킨 후 다른 VFD를 검사하는 방식으로 해야 한다. 따라서 VFD의 파손에 따른 생산비 증가 및 고장난 VFD를 제거함에 따른 생산성 저하 등의 문제가 있다. 종래에, 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 보호회로를 포함한 회로들이 개발되어 있지만 이들 보호회로는 복잡하기 때문에, 카오디오와 같은 제품의 경우에는 그 크기 문제로 적용이 곤란하다.
즉, 기존에 나와 있는 보호회로들은 구성이 복잡하여 소형으로 개발하여야 하는 차량용 오디오에는 적용할 수가 없었으며 또한 VFD의 사양이 다양하고 고전원을 필요로 하는 상황에서는 더욱 필요한 부분이 되었다. 특히, 자동차의 검사 규정이 더욱 까다로워지고 컨버터의 신뢰성을 더욱더 크게 요구하는 추세에 따라 기존의 기본적인 보호회로만으로는 충분하지 않다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은, 카오디오 등에 적용되는 VFD 표 시장치의 전원장치, 특히 로이어 컨버터를 채용하고 있는 전원장치에 보호회로를 추가하여 기존의 회로에서 발생되는 문제점인 출력 단락 및 과전류 및 검사시에 발생되는 스파크로 인하여 VFD 및 컨버터가 파손되는 것을 미연에 방지하고 제품 사용중에 VFD의 이상으로 인하여 과전류가 흘러 컨버터를 파손시키는 것을 보호하는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 승압트랜스와 출력단 사이에 삽입되어, 출력 단락 및 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위한 보호회로는, 출력 단락 및 과전류시의 후방리플이 승압회로를 타고 발진회로로 일정 전류 이상은 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호회로는 상기 전원장치의 DC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제1댐핑코일과, 상기 전원장치의 AC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제2댐핑코일을 포함할 수 있는데, 상기 제1댐핑코일은 전원장치의 승압트랜스의 제1출력단과 DC 출력단 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제2댐핑코일은 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단의 제1단자와 AC 출력단 중 하나에 직렬로 연결되는 제1권선과, 승압트랜스의 제2출력단의 제2단자와 AC 출력단 중 다른 하나에 직렬로 연결되는 제2권선을 포함할 수 있다.
상기 제2댐핑코일의 제1권선과 제2권선은 드럼형 코어에 의해 일체로 제작되는 것이 바람직하다.
한편, 다른 형태로서, 상기 보호회로는 상기 전원장치의 DC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제1권선과, 상기 전원장치의 AC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제2권선을 포함하는 댐핑코일을 포함할 수 있는데, 상기 댐핑코일의 제1권선은 전원장치의 승압트랜스의 제1출력단과 DC 출력단 사이에 직렬로 연결되고, 상기 댐핑코일의 제2권선은 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단 중 어느 한 단자와 이 단자에 연결된 AC 출력단 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1권선과 제2권선은 2층 드럼형 코어에 의해 일체로 제작되는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 고안의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 AC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도이고, 도 6은 본 고안의 일실시예에 따른 DC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도이다. 도 5와 도 6에서 각각 그 AC 및 DC 출력단에 보호회로가 각각 삽입되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 도 5의 실제 구성 회로도이며, 도 8은 도 6의 실제 구성 회로도이다. 도 7과 도 8에 사용된 각 부분품에 대해서 정리하면 다음과 같다.
R1, R2, R3, C1, Q1, Q2, L1, C5 : 발진 및 기동회로, 바이어스회로
T1 : 승압 회로 (트랜스포머)
Q3, ZD1 : 피드백(FEED BACK)회로
R4, ZD2 : VFD 바이어스회로. 저항 R4는 제너다이오드(ZD2)에 고전압이 걸리므로 절연성이 좋은 산화금속피막 저항(METAL OXIDE FILM RESISTOR)을 사용하는 것이 바람직함
R5 : 전류 제한 및 댐핑 저항
R6 : 부하저항(더미저항). 무부하시 회로에 충전된 전하를 방전하는 용도임
D1~4, C3, C4 : 정류 회로
C6~8 : 정류회로
L2, L3 : 회로 보호용 댐핑코일
도 7과 도 8에서(기존의 도 3, 도 4도 마찬가지지만), 출력 단락 및 과전류시에 컨버터 및 VFD가 파손되는 것을 방지하기 위한 전류제한저항 R5 및 무부하시에 콘덴서에 충전되어 있는 전하를 방전하도록 하는 할 수 있는 부하저항 R6에 의해서 기본적으로 전원회로 및 VFD가 보호된다. 또한 ZD1, Q3는 출력을 일정하게 유지하기 위한 피드백회로로서 무부하 및 부하시의 출력전압을 일정하게 유지하는 회로로 쓰이고 있다.
도 7과 도 8에 나타낸 본 고안에 따른 보호회로는 댐핑코일 L2, L3을 포함하고 있는데, 각각 승압 트랜스포머 T1의 출력단과 최종 전원출력단 사이에 직렬로 연결되어 있다. 즉, L2는 T1의 제1출력단(1번 단자)과 Vdc_OUT 출력단 사이의 정류 다이오드 D1, D2 이전에 직렬로 연결된다. L3은 제1권선과 제2권선이 결합되어 있는데, 제1권선의 양단(4, 3번 단자)는 각각 T1의 제2출력단의 제1단자(2번 단자)와 FL+ 출력 사이에 연결되고, 제2권선의 양단(1, 2번 단자)는 각각 T1의 제2출력단의 제2단자(4번 단자)와 FL- 출력 사이에 연결된다. 도 7에서는 FL+와 FL- 단자가 AC 출력단이므로 이들 단자에 댐핑 코일 L3가 직결되지만, 도 8에서는 FL+와 FL- 단자 사이에서 DC가 출력되므로 정류회로인 다이오드 D3, D4가 있다.
이들 출력단 댐핑코일 L2, L3는 전원출력의 단락 및 과전류시에 후방리플이 증가하여 발진 전류 및 주파수가 상승하여 부품이 파손되는 것을 방지한다. 이들은 소형이며 간단한 회로로서 가장 경제적인 방법이라 할 수 있다.
이들의 보호 작용에 대해서 설명한다. 회로에서 만약에 DC 출력단 및 AC 출력단이 단락 및 과전류될 경우에 댐핑코일 L2, L3이 없을 경우에는 전류가 지속적으로 증가하여 C1 및 Q1, Q2가 파괴되고 만다. 댐핑코일 L2, L3은 출력 단락 및 과전류시의 후방리플을 줄여 회로에 일정 전류 이상은 흐르지 않도록 한다. 전류의 제한값은 댐핑코일의 용량값에 의하여 결정된다. 따라서 필요로 하는 전류의 값을 근거로 하여 Q1, Q2 및 댐핑코일의 용량을 정하여 사용하면 된다. 댐핑코일 L3는 2층의 드럼형 코어를 사용하여 제작할 수 있다.
한편, 도 9~12는 본 고안의 다른 실시예를 나타내는데, 도 9는 본 고안의 다른 실시예에 따른 AC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도로이고, 도 10은 본 고안의 일실시예에 따른 DC, DC 출력을 갖는 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 블록도이다. 도 5와 도 6에서 설명한 보호회로는 각 출력단별로 각각 설치되었지만, 본 실시예에 따르면, 보호회로가 모든 출력에 공통으로 작용하고 있음을 알 수 있다.
도 11은 도 9의 실제 구성 회로도이며, 도 12는 도 10의 실제 구성 회로도이다. 도 11에 따르면, 도 7의 회로로부터 댐핑코일 L2를 없애고 대신에 댐핑코일 L3의 제1권선(4, 3번 권선)과 제2권선(1, 2번 권선)을 각각 DC 출력단과 AC 출력단의 보호회로로 사용하고 있다. 또한, 도 12에 따르면, 도 8의 회로로부터 댐핑코일 L2 를 없애고 대신에 댐핑코일 L3의 제1권선(4, 3번 권선)과 제2권선(1, 2번 권선)을 모든 DC 출력단의 보호회로로 사용하는 구성을 갖고 있다. 도 12에서는 또한 정류다이오드 D4도 삭제되었다.
L3은 앞에서 언급한 것과 같이, 드럼형 코어로 제작할 수 있는데, 도 11의 DC/AC 출력 장치에서는 L3에 의해서 AC 노이즈가 DC쪽에 유입되는 것이 방지되는 효과를 극대화하기 위하여 2층 드럼형 코어로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 도 11의 회로에서는 T1의 1번에 걸리는 L3를 T1의 5번에 연결하여도 기능상의 문제는 없다. 한편, DC/DC 출력 장치에서는 노이즈의 영향이 적으므로 댐핑코일 L3을 2층 드럼형 코어가 아닌 일반 드럼형 코어로 제작하여도 충분하다.
도 13~도 17은 본 고안에 따른 전원장치 보호회로의 성능을 테스트한 파형도인데, 도 13은 본 고안의 보호회로를 적용하지 않은 공진회로의 정상 공진주파수 파형, 도 14는 본 고안의 보호회로를 적용하지 않은 공진회로에 출력이 단락된 경우의 공진주파수 파형, 도 15는 도 14의 상태에서 결국 공진회로의 불량이 발생한 경우의 공진주파수 파형, 도 16은 본 고안의 보호회로를 적용한 공진회로의 정상 공진주파수 파형, 도 17은 본 고안의 보호회로를 적용한 공진회로에서 출력이 단락된 경우의 공진주파수 파형을 나타낸다.
상기의 파형에서 보는 바와 같이 공진회로의 파형이 개선전에는 출력 단락시 발진주파수가 66kHz에서(도 13) 166kHz로 증가후(도 14) 지속적인 공진회로의 전류 및 주파수 증가로 인하여 과열되며 결국 부품파손으로 이어지고 C와 같은 불량현상이 발생되나(도 15), 본 고안에서와 같이 회로를 개선후에는 공진회로 콘덴서 양단 간의 파형은 단락시 초기 공진주파수 66kHz가(도 16) 90kHz의 파형으로 약간 상승할 뿐 전류가 정상상태를 유지하여(도 17) 부품의 파손을 방지하여 회로를 보호하고 있음을 알 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 고안을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 고안의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 고안은 카오디오에 적용하는 VFD 전원장치, 특히 로이어 컨버터를 채용한 전원장치에 있어서 VFD의 출력(AC,DC) 단락 및 과전류 및 VFD 검사 공정에서 발생하는 불량 등에 대한 문제점을 개선하기 위한 보호회로로서, 간단한 회로로 구현되어 제품의 크기를 소형화할 수 있으며 이로 인하여 가격 경쟁력을 갖출 수 있다.

Claims (5)

  1. 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 승압트랜스와 출력단 사이에 삽입되어 출력 단락 및 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위한 보호회로에 있어서,
    상기 보호회로는 상기 전원장치의 DC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제1댐핑코일과, 상기 전원장치의 AC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제2댐핑코일을 포함하고,
    상기 제1댐핑코일은 상기 전원장치의 승압트랜스의 제1출력단과 DC 출력단 사이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2댐핑코일은 상기 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단의 제1단자와 AC 출력단 중 하나에 직렬로 연결되는 제1권선과, 상기 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단의 제2단자와 AC 출력단 중 다른 하나에 직렬로 연결되는 제2권선을 포함하며,
    출력 단락 및 과전류시의 후방리플이 승압회로를 타고 발진회로로 일정 전류 이상은 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2댐핑코일의 제1권선과 제2권선은 드럼형 코어에 의해 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호 회로.
  4. 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 승압트랜스와 출력단 사이에 삽입되어 출력 단락 및 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위한 보호회로에 있어서,
    상기 보호회로는 상기 전원장치의 DC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제1권선과, 상기 전원장치의 AC 출력단의 단락 및 과전류시 보호작용을 하는 제2권선을 포함하는 댐핑코일을 포함하고,
    상기 댐핑코일의 제1권선은 상기 전원장치의 승압트랜스의 제1출력단과 DC 출력단 사이에 직렬로 연결되고,
    상기 댐핑코일의 제2권선은 상기 전원장치의 승압트랜스의 제2출력단 중 어느 한 단자와 이 단자에 연결된 AC 출력단 사이에 직렬로 연결되며,
    출력 단락 및 과전류시의 후방리플이 승압회로를 타고 발진회로로 일정 전류 이상은 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 댐핑코일의 제1권선과 제2권선은 2층 드럼형 코어에 의해 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는, 로이어 컨버터를 채용한 전원장치의 보호 회로.
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