KR20050059842A - 스위칭 모드 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 모드 전원공급장치에 관한 것으로, 스위칭 소자를 교번으로 스위칭 구동하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터링하여 제어된 직류 출력 전압을 얻으며, 전압 특성의 개선을 통해 역률을 향상시켜 절전 효과를 제공하는 PFC를 구비한 스위칭 모드 전원공급장치로서, 스위칭소자의 스위칭 주파수를 검출하는 주파수 검출부와, 스위칭 상태에 따라 선택적으로 PFC의 입력을 PFC의 출력으로 바이패스하는 스위칭부와, 주파수 검출값과 기 저장된 기준값과의 비교 결과에 따라 스위칭부를 스위칭 구동하는 스위칭 제어부를 포함하며, 소비전력의 변화에 따라 PFC를 선택적으로 이용함으로써 PFC 채용 규정과는 상관없이 PFC를 채용하지 않은 SMPS와 PFC를 채용한 SMPS를 일체로 설계하여 성능 등의 향상을 위한 제품 개발 과정에서 제품의 개발 및 설계 시간이 단축되는 이점이 있다.

Description

스위칭 모드 전원공급장치{SWITCHING MODE POWER SUPPLY}

본 발명은 스위칭 모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supply; SMPS)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소비전력의 변화에 따라 PFC(Power Factor Correction)를 선택적으로 이용하는 스위칭 모드 전원공급장치에 관한 것이다.

주지와 같이, SMPS는 스위칭 소자를 교번으로 스위칭 구동하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터링하여 제어된 직류 출력 전압을 얻는 장치로서 스위칭 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어한다.

SMPS는 고주파 트랜스포머의 유무에 따라 절연형과 비절연형으로 나눌 수 있으며, 일종의 절전회로인 PFC는 선택적으로 채용된다. 특히 유럽형 영상 가전 제품에서는 소비전력이 75W 이상일 경우에는 PFC를 필수적으로 채용하여 절전을 달성하며, 소비전력이 75W 미만일 경우에는 PFC를 채용하지 않아서 불요의 전자파 발생을 억제한다.

종래 기술에 따라 PFC를 채용하지 않은 절연형 SMPS의 구성을 도 1을 참조하여 살펴보면, 입력된 교류 전원(AC)을 정류하는 입력 정류부(11)와, 입력과 출력 사이를 전기적으로 절연 및 1, 2차 권선비에 의해 출력 전압의 크기를 조절하는 트랜스포머(13)와, 스위칭 상태에 따라 선택적으로 정류부(11)에 의한 직류 입력 전압을 트랜스포머(13)에 제공하는 스위칭부(12)와, 트랜스포머(13)의 출력 전압을 정류 및 필터링하여 직류 전원(DC)으로 출력하는 출력 정류부(14)와, DC 전원의 정밀 제어를 위한 피드백 제어부(15)와, 피드백 제어부(15)의 제어에 따라 스위칭부(12)를 스위칭 구동하는 스위칭 제어부(16)를 포함하여 구성된다.

종래의 다른 실시예로서 PFC를 채용한 절연형 SMPS의 구성을 도 2를 참조하여 살펴보면, 도 1의 구성 요소와 동일 기능을 수행하는 정류부(11), 스위칭부(12), 트랜스포머(13), 출력 정류부(14), 피드백 제어부(15), 스위칭 제어부(16)를 포함하며, 정류부(11)와 스위칭부(12)의 사이에 PFC(17)를 더 포함하여 구성된다. PFC(17)는 전압 특성의 개선을 통해 역률을 향상시켜 절전 효과를 제공한다.

그러나, 종래에는 전술한 바와 같이 PFC를 채용하지 않은 SMPS와 PFC를 채용한 SMPS를 별도로 설계 및 제작하였고, 이에 따라 성능 등의 향상을 위한 제품 개발 과정에서 제품의 개발 및 설계 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 소비전력의 변화에 따라 PFC를 선택적으로 이용하는 SMPS를 제공함으로써, PFC 채용 규정과는 상관없이 PFC를 채용하지 않은 SMPS와 PFC를 채용한 SMPS를 일체로 설계하여 성능 등의 향상을 위한 제품 개발 과정에서 제품의 개발 및 설계 시간이 단축되도록 하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 SMPS는, 스위칭 소자를 교번으로 스위칭 구동하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터링하여 제어된 직류 출력 전압을 얻으며, 전압 특성의 개선을 통해 역률을 향상시켜 절전 효과를 제공하는 PFC를 구비한 스위칭 모드 전원공급장치로서, 상기 스위칭소자의 스위칭 주파수를 검출하는 주파수 검출부와, 스위칭 상태에 따라 선택적으로 상기 PFC의 입력을 상기 PFC의 출력으로 바이패스하는 스위칭부와, 상기 주파수 검출값과 기 저장된 기준값과의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부를 스위칭 구동하는 스위칭 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원공급장치의 블록 구성도이다.

이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 전원공급장치는, 입력된 교류 전원(AC)을 정류하는 입력 정류부(101)와, 정류부(101)를 통해 얻은 직류 전압의 특성 개선을 통해 역률을 향상시켜 절전 효과를 제공하는 PFC(102)와, 입력과 출력 사이를 전기적으로 절연 및 1, 2차 권선비에 의해 출력 전압의 크기를 조절하는 트랜스포머(104)와, 스위칭 상태에 따라 선택적으로 직류 입력 전압을 트랜스포머(104)에 제공하는 제 1 스위칭부(103)와, 트랜스포머(104)의 출력 전압을 정류 및 필터링하여 직류 전원(DC)으로 출력하는 출력 정류부(105)와, DC 전원의 정밀 제어를 위한 피드백 제어부(106)와, 피드백 제어부(106)의 제어에 따라 제 1 스위칭부(103)를 스위칭 구동하는 제 1 스위칭 제어부(107)와, 제 1 스위칭부(103)의 스위칭 주파수를 검출하는 주파수 검출부(108)와, 정류부(101)를 통해 얻은 직류 전압을 스위칭 상태에 따라 교번하여 제 1 스위칭부(103)로 바이패스하거나 PFC(102)를 통해 전달되게 하는 제 2 스위칭부(110)와, 주파수 검출부(108)에 의해 검출된 스위칭 주파수에 따라 제 2 스위칭부(110)를 스위칭 구동하는 제 2 스위칭 제어부(109)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 SMPS의 동작 과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명함에 있어서 PFC(102)의 선택적 운용 과정에 중점을 두고 설명하기로 한다.

먼저, 제 1 스위칭부(103)의 스위칭 구동에 의한 트랜스포머(104)의 동작을 살펴보면 제 1 스위칭부(103)가 도통될 때에 트랜스포머(104)의 2차 권선에는 1차와 비교할 때에 반대 극성의 전압이 유도되며, 다이오드 등이 역 바이어스되어 차단되고, 따라서 2차 권선에는 전류가 흐르지 않고 1차 권선으로만 전류가 흘러 자화 인덕터에 의해 에너지가 축적된다.

그리고, 제 1 스위칭부(103)가 차단될 때에 2차 권선에는 전상태와 반대 극성의 전압이 유도되어 다이오드 등을 도통시킴으로써 트랜스포머(104)의 자화 인덕터에 축적된 에너지를 출력으로 공급한다.

이와 같은 제 1 스위칭부(103)의 스위칭 구동에 따라 발생된 주파수는 주파수 검출부(108)에 의해 검출되는 데, 이때 스위칭 주파수의 파형은 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 검출된다.

도 4a는 소비전력이 75W 미만일 경우의 스위칭 주파수 파형도이며, 도 4b는 소비전력이 75W 이상일 경우의 스위칭 주파수 파형도이다. 두 파형의 온 듀티(Duty)를 비교하여 보면 75W 이상일 때의 온 듀티가 75W 미만일 때의 온 듀티보다 더 큰 것을 알 수 있다. 이로서 소비전력과 스위칭 주파수 온 듀티간의 관계식을 정립할 수 있으며, 온 듀티를 기준으로 하여 소비전력의 대소를 판단할 수 있다.

여기서, 주파수 검출부(108)는 제 1 스위칭부(103)에서 검출된 스위칭 주파수를 제 2 스위칭 제어부(109)로 전달하며, 제 2 스위칭 제어부(109)는 스위칭 주파수의 온 듀티에 의거한 소비전력과 기 저장된 기준전력(75W)을 비교한다.

다음으로, 제 2 스위칭 제어부(109)는 소비전력이 75W 이상이면 제 2 스위칭부(110)가 차단되게 스위칭 구동하고, 소비전력이 75W 미만이면 제 2 스위칭부(110)가 도통되게 스위칭 구동한다.

이로서, 제 2 스위칭부(110)의 차단 상태에서는 정류부(101)를 통해 얻은 직류 전압이 PFC(102)를 통해 제 1 스위칭부(103)로 전달되며, 제 2 스위칭부(110)의 도통 상태에서는 정류부(101)를 통해 얻은 직류 전압이 PFC(102)를 거치지 않고 바이패스되어 제 1 스위칭부(103)로 전달된다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 소비전력의 변화에 따라 PFC를 선택적으로 이용함으로써 PFC 채용 규정과는 상관없이 PFC를 채용하지 않은 SMPS와 PFC를 채용한 SMPS를 일체로 설계하여 성능 등의 향상을 위한 제품 개발 과정에서 제품의 개발 및 설계 시간이 단축되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 제 1 실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치의 블록 구성도,

도 2는 종래의 제 2 실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치의 블록 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원공급장치의 블록 구성도,

도 4a 및 도 4b는 도 3의 전원공급장치에서 소비전력의 변화에 따른 스위칭 신호의 듀티 변화를 보인 파형도.

Claims (2)

1. 스위칭 소자를 교번으로 스위칭 구동하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터링하여 제어된 직류 출력 전압을 얻으며, 전압 특성의 개선을 통해 역률을 향상시켜 절전 효과를 제공하는 PFC(Power Factor Correction)를 구비한 스위칭 모드 전원공급장치로서,

   상기 스위칭소자의 스위칭 주파수를 검출하는 주파수 검출부와,

   스위칭 상태에 따라 선택적으로 상기 PFC의 입력을 상기 PFC의 출력으로 바이패스하는 스위칭부와,

   상기 주파수 검출값과 기 저장된 기준값과의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부를 스위칭 구동하는 스위칭 제어부

   를 포함하는 스위칭 모드 전원공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭 제어부는 상기 검출된 주파수의 듀티에 따라 상기 스위칭부를 스위칭 구동하는 것을 특징으로 한 스위칭 모드 전원공급장치.