KR20060065047A

KR20060065047A - Switching power supplies with constant current control function

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Publication number: KR20060065047A
Application number: KR1020040103754A
Authority: KR
Inventors: 안태영
Original assignee: 학교법인 청석학원; 안태영
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-14
Also published as: KR100620083B1

Abstract

본 발명은 스위칭 전원장치의 출력 단자의 단락이나, 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위해서 출력전류 보호기능을 부가하는 경우, 기존의 출력 전류를 직접 검출하는 직접검출 제어방식의 문제점을 개선시킨, 간접 전류 검출방식을 사용하여 스위칭 전원장치를 과전류나 단락의 상태로부터 보호하는 것이 목적이다. The present invention improves the problem of the direct detection control method which directly detects the existing output current when the output current protection function is added to protect the power supply device from short circuit of the switching power supply or overcurrent. The purpose of the detection method is to protect the switching power supply from overcurrent or short circuit conditions.

또한 저전압 대전류와 같은 스위칭 전원장치에서 출력전류를 검출하기 위해서 사용했었던 저항을 사용하지 않기 때문에 전력손실을 줄일 수 있고, 회로구조를 간단히 할 수 있어서 스위칭 전원장치의 효율을 높일 수 있으며, 또한 전원장치의 입력단자에서 전류를 검출하여 출력전류를 제어하므로 출력의 과전류뿐만 아니라 입력회로의 스위칭 소자 등이 파괴되어 문제가 발생한 경우에도 보호가 되기 때문에 보다 높은 신뢰성의 전원장치를 구성 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, since the resistor used to detect the output current is not used in a switching power supply such as a low voltage large current, power loss can be reduced, the circuit structure can be simplified, and the efficiency of the switching power supply can be increased. The output current is controlled by detecting the current at the input terminal of the controller, which protects not only the overcurrent of the output but also the switching elements of the input circuit. .

Description

Switching power supplies with constant current control function

도 1은, 종래의 기본적인 전류제한 방식을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a conventional basic current limiting method.

도 2는, 스위칭 전원장치의 기본개념을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining the basic concept of the switching power supply.

도 3은, 과전류 보호기능이 부가된 정전류 제어 보호회로를 제어회로에 포함하고 있는 종래의 회로도이다. 3 is a conventional circuit diagram including a constant current control protection circuit with an overcurrent protection function included in the control circuit.

도 4는, 전원회로의 입력단에서 제어되는 종래의 정전류 보호회로를 도시한 도면이다. 4 is a diagram showing a conventional constant current protection circuit controlled at an input terminal of a power supply circuit.

도 5는, 종래의 전원장치의 과전류특성과 입력전압과의 관계를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing a relationship between an overcurrent characteristic and an input voltage of a conventional power supply device.

도 6은, 본 발명에 따르는 정전류 보호회로의 구조를 나타내는 블록도이다. 6 is a block diagram showing the structure of a constant current protection circuit according to the present invention.

도 7은, 본 발명에 따르는 정전류 보호회로 구조를 나타내는 회로도이다. Fig. 7 is a circuit diagram showing the constant current protection circuit structure according to the present invention.

도 8은, 비절연형 전원장치의 기본 회로를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a basic circuit of a non-isolated power supply device.

도 9는, 플라이백 회로방식에 간접전류 검출방식을 적용한 정전류 제어의 실시예를 도시한 도면이다. 9 is a diagram showing an embodiment of constant current control in which an indirect current detection method is applied to a flyback circuit method.

스위칭 전원장치는 고효율, 소형 경량화가 가능하기 때문에 정전압이나 정전류 특성이 필요한 전자기기등, 산업 전반에 걸쳐서 넓게 사용되고 있다. 그러나 스위칭 전원장치가 공급해주는 안정된 전압과 전류를 높은 신뢰성을 갖고 특성을 유지하기 위해서는 다양한 상황에 맞는 각종의 보호회로를 추가시키는 것이 일반적이다. 예를 들어서 스위칭 소자 등에서 발생되는 열을 분산시키기 위해서 방열판 등을 사용하는 경우, 고열에 의한 장치를 보호하기 위해서 과온도 보호회로를 추가하거나, 출력전압이 일정하지 않고 상승하는 경우 보호해주는 과전압 보호회로 등, 이러한 보호기능은 전원장치의 수명을 연장시키고 전자기기의 신뢰성을 높여주기 때문에 다양한 방법이 사용되고 있다. Switching power supply devices are widely used throughout the industry, such as electronic devices that require constant voltage and constant current characteristics because of their high efficiency and small size and light weight. However, in order to maintain the stable voltage and current characteristics of the switching power supply with high reliability, it is common to add various protection circuits for various situations. For example, when a heat sink is used to dissipate heat generated from a switching element, an overvoltage protection circuit is added to protect a device caused by high heat, or an overvoltage protection circuit that protects when the output voltage rises inconsistently. These protection functions are used in various ways because they extend the lifespan of the power supply and increase the reliability of the electronic device.

특히, 정격 출력 전류 이상 전원장치가 동작하지 못하도록 출력전류를 제한시키는 과전류보호 회로는 여러 가지 보호회로 중에서 동작 빈도가 많고 필수적으로 이용되고 있기 때문에 다양한 과전류 보호회로가 존재한다.In particular, the overcurrent protection circuit for limiting the output current to prevent the power supply device from operating above the rated output current has a variety of overcurrent protection circuits because it is frequently used and essential among various protection circuits.

일반적으로 과전류 보호회로의 기능은 출력전류를 직접 검출하여 미리 설정된 전류와 비교하여 수행된다. 설정 전류와 비교하는 방법에 따라서 과전류 보호회로가 동작하였을 때 출력전압의 특성이 다양하게 변화된다.In general, the function of the overcurrent protection circuit is performed by directly detecting the output current and comparing it with a preset current. According to the method of comparison with the set current, the characteristics of the output voltage vary when the overcurrent protection circuit operates.

도 1은 기본적인 전류제한 방식을 나타내고 있다. 도 1a는 히컵(Hiccup mode)전류제한방식이다. 먼저 미리 설정된 최대출력전류 I _o(MAX) 가 설정이 되고, 정상적으로 동작하는 도중에 과전류가 발생하면 주어진 시간동안 출력을 안정화 시 켜주는 제어회로가 동작을 멈추고, 대기 상태로 들어간 후 설정된 휴식시간을 지나면 다시 동작을 시작한다. 시작된 후에도 만약 과전류 상태가 유지되면, 다시 제어회로는 동작을 멈추게 하는 것이 특징이다. 1 shows a basic current limiting scheme. 1A is a hiccup mode current limiting method. First, the maximum output current I _{o (MAX)} is set in advance, and if overcurrent occurs during normal operation, the control circuit that stabilizes the output for a given time stops operating, enters the standby state and passes the set rest time. Start the operation again. If the overcurrent condition is maintained even after starting, the control circuit is again stopped.

도 1(b)는 폴드-백 전류제한 방식이다. 전원장치는 미리 설정된 I _o(MAX) 에서 과전류가 발생하게 되면, 제어회로의 제어신호를 적절하게 조절하여 출력전압이 감소할 때 출력전류를 같이 감소시키는 것이다.Figure 1 (b) is a fold-back current limiting scheme. When the overcurrent occurs at a preset I _(MAX) , the power supply device appropriately adjusts the control signal of the control circuit to reduce the output current when the output voltage decreases.

도 1(c)는 정전류제한 방식이다. 먼저 I _o(MAX) 가 설정이 되고, 정상적으로 전원장치가 동작하는 도중에 과전류가 발생하면 출력전압은 최소지점으로 감소하지만, 출력전류 I _o(MAX) 는 정 전류로 일정하게 동작을 한다. 만약 출력전류를 I _o(MAX) 이상 가변을 하여도 출력에서 나타나는 전류는 I _o(MAX) 로 일정하다. Figure 1 (c) is a constant current limiting method. First, I _{o (MAX)} is set. If over current occurs during the normal operation of the power supply, the output voltage decreases to the minimum point, but the output current I _{o (MAX)} operates as a constant current. If the output current is _changed over I _{o (MAX)} , the current appearing at the output is constant at I _{o (MAX)} .

도 1d는 비례 제어 방식이다. 일반적으로 스위칭 전원장치의 과전류보호회로 방식으로 가장 넓게 사용되고 있는 방법으로 전원장치의 입력측에 존재하는 스위치에 흐르는 전류를 저항 등을 통해서 전압으로 변환 시킨 다음에, 펄스폭 변조(PWM) 제어회로의 시비율(duty ratio)을 제한 시켜서 목적을 달성시키는 방법이다. 따라서 설정된 최대 전류값을 일정하게 두면 넓은 입력전압 범위를 갖는 스위칭 전원장치인 경우 과전류 보호되는 최대 전류 시점이 달라지는 등의 문제점이 존재하였다. 따라서 비례 제어 방식은 출력에서 전류를 증가시키면 출력전압이 최저점으로 떨어지고 출력전류를 검출하는 저항의 크기에 따라 출력전류가 감소하는 영역이 다르게 존재한다. 1D is a proportional control method. In general, the overcurrent protection circuit of the switching power supply is the most widely used method. The current flowing through the switch on the input side of the power supply is converted into a voltage through a resistor and the like, and then the pulse width modulation (PWM) control circuit is applied. It is a way to achieve the goal by limiting the duty ratio. Therefore, when the set maximum current value is kept constant, there is a problem that the maximum current time point for overcurrent protection is changed in the case of a switching power supply having a wide input voltage range. Therefore, in the proportional control method, when the current increases in the output, the output voltage falls to the lowest point, and there exists a region where the output current decreases according to the size of the resistor detecting the output current.

도 2는 스위칭 전원장치의 기본 제어 방식을 도시하고 있다. 일반적으로 스위칭 전원장치는 빠른 제어 속도와 낮은 제조가격을 위해서 UC3843, UC3842 등의 PWM 전용 제어소자를 사용하고 있다. 스위칭 전원장치는 출력의 전압과 전류를 제어하기 위해서 도(2)와 같이 출력단의 전압 또는 전류를 검출하여 제어회로에 그 정보를 전달하여 제어회로의 시비율을 적절하게 조절한다. 2 illustrates a basic control method of the switching power supply. In general, switching power supplies use PWM control devices such as UC3843 and UC3842 for fast control speed and low manufacturing cost. In order to control the voltage and current of the output, the switching power supply detects the voltage or current at the output terminal and transmits the information to the control circuit as shown in FIG. 2 to appropriately adjust the ratio of the control circuit.

도 3은 일반적인 과전류보호 기능을 부가하기 위해서 가장 넓게 사용되고 있는 정전류제어 보호회로를 제어회로에 포함시킨 전원장치의 기본 회로도를 나타내고 있다. 도면에서 알 수 있듯이 전원장치의 출력전류 I _o 가 흐르는 곳에 저항 R _s 를 직렬로 구성하게 되면 저항에는 출력전류에 비례하는 전압이 검출된다. 경우에 따라서 별도의 전류-전압 변환 소자나 회로를 추가하여 같은 기능을 수행할 수도 있다. 변환된 전압은 전원장치의 제어회로에 부가되고, 제어회로는 미리 설정된 최대전류로부터 출력전류를 비교할 수 있기 때문에 정확한 과전류제어가 가능하고, 필요하다면 출력전류를 일정하게 하기 위한 정전류 제어가 가능하도록 제어회로를 구성할 수도 있다. FIG. 3 shows a basic circuit diagram of a power supply device including a constant current control protection circuit, which is most widely used to add a general overcurrent protection function, to a control circuit. As can be seen from the figure, if the resistor R _s is configured in series where the output current I _o of the power supply flows, the resistor detects a voltage proportional to the output current. In some cases, the same function may be performed by adding a separate current-voltage conversion element or circuit. The converted voltage is added to the control circuit of the power supply, and the control circuit can compare the output current from a preset maximum current, so that accurate overcurrent control is possible, and if necessary, constant current control is made to keep the output current constant. You can also configure the circuit.

그러나 상기와 같이 전원장치의 출력단에서 직접 출력전류를 검출하는 직접검출형 정전류 제어방식은 다음과 같은 문제점이 있다. 스위칭 전원장치의 부하저항에 흐르는 전류를 직접 검출하기 때문에 대 전류용 스위칭 전원장치인 경우 전류 검출 저항에 의해 손실이 발생되고, 전원장치의 효율을 떨어트리게 된다. 또한 변압기 등을 사용해야하는 절연형 전원장치를 구성하는 경우 변압기의 2차측 에서 얻어진 출력전류의 정보를 1차측에 있는 제어회로에 인가하기 위한 별도의 변환회로가 추가되기 때문에 전체 회로 구성이 복잡해지고, 제조가격이 높아지며 1차측에서 문제가 발생하였을 경우에는 빠르게 회로를 보호할 수 없다는 단점이 있다. However, the direct detection type constant current control method which directly detects the output current at the output terminal of the power supply device has the following problems. Since the current flowing through the load resistance of the switching power supply is directly detected, in the case of a large current switching power supply, a loss is generated by the current detection resistor, thereby reducing the efficiency of the power supply. In addition, in the case of configuring an insulated power supply that requires the use of a transformer or the like, a separate conversion circuit is added to apply the information of the output current obtained from the secondary side of the transformer to the control circuit on the primary side. If the manufacturing cost increases and problems occur on the primary side, there is a disadvantage that the circuit can not be quickly protected.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 고안된 것이며, 입력전압(VIN)을 보호회로에서 비교할 수 있도록 이득(K1)으로 변환시켜주는 전압-전압 변환기와, 연산증폭기에 의해 정전압(VREF)과, 비교된 입력전압(K1VIN)이 이득(K2)만큼 증폭되어 정전압(VC)이 발생되는 기준전압 발생부와, 입력전압(IN)을 전압(VK)으로 변환시키는 전류-전압 변환기와, 전압(VK)과 정전압(VC)을 비교하여 이득(K4)만큼 연산증폭기로 증폭하여 전압(VT)을 발생시키는 비교기로 구성되어 있으며, 입력전압에 따라 반비례하는 기준전압을 항상 연산증폭기(OP2)에 제공함으로써, 입력전류가 변화하더라도 출력전압을 정확하게 추정할 수 있으며, 출력에 대한 과전류와 정전류 제어가 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치를 제공하고 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, the voltage-to-voltage converter for converting the input voltage (VIN) to the gain (K1) to be compared in the protection circuit, and the constant voltage (VREF) by the operational amplifier and A reference voltage generator for amplifying the compared input voltage K1VIN by a gain K2 to generate a constant voltage VC, a current-voltage converter for converting the input voltage IN into a voltage VK, and a voltage ( It consists of a comparator that compares VK) and constant voltage (VC) and amplifies it with an operational amplifier (K4) to generate voltage (VT), and always provides a reference voltage inversely proportional to the input voltage to the operational amplifier (OP2). As a result, an output voltage can be accurately estimated even if the input current changes, and an overcurrent and constant current control for the output is provided.

도 2의 스위칭 전원장치의 기본 개념으로부터, 전원장치의 내부에 전력소모가 없는 이상적인 경우에는 전력변환 효율이 100%라고 생각할 수 있고, 이 경우에는 입력전력과 출력전력이 같은 상태를 유지하게 된다. 따라서 다음과 같은 수식이 성립된다.From the basic concept of the switching power supply of FIG. 2, it can be considered that the power conversion efficiency is 100% in an ideal case where there is no power consumption inside the power supply, and in this case, the input power and the output power remain the same. Therefore, the following equation is established.

V_{ in } CDOT I_{ in } =V_{ o } CDOT I_{ o } ------- (1)V_ {in} CDOT I_ {in} = V_ {o} CDOT I_ {o} ------- (1)

I_{ in } = left ( { V_{ o } } over { V_{ in } } right ) CDOT I_{ o } = { P_{ o } } over { V_{ in } } ------ (2)I_ {in} = left ({V_ {o}} over {V_ {in}} right) CDOT I_ {o} = {P_ {o}} over {V_ {in}} ------ (2)

위 식으로부터 입력전류 I _in 은 출력전력 P _o 와 입력전압 V _in 의 비로서 결정된다는 것을 알 수 있다.Input from the electric current I _in the equation it can be seen that the decision as the ratio of the output power P _o and the input voltage V _in.

스위칭 전원장치에서 과전류 보호를 위해 직접전류 검출방법 대신에 간접 전류검출 방법을 사용하기 위해서 가장 간단한 방법은 도 4와 같이 구성하는 것이다. 도 4에는 전원장치의 입력단에 전류를 검출 할 수 있는 저항을 입력단자와 직렬로 위치시키고, 입력전류에 비례하는 전압을 저항 R _s 로부터 얻을 수 있다. 일반적으로 스위칭 전원장치는 일정한 출력전압으로 제어되기 때문에 최대출력전력은 최대 출력전류 I _o(max) 에서 결정된다. 따라서 최대 출력전류에서 과전류 보호회로가 동작해야 하며, 도 4의 방법에서 얻어진 과전류 제한 특성은 도5와 같이 나타난다. In order to use the indirect current detection method instead of the direct current detection method for overcurrent protection in the switching power supply, the simplest method is configured as shown in FIG. 4. Figure 4 is positioned a resistance which is capable of detecting a current at the input of the power supply to the input terminals in series, it is possible to obtain a voltage proportional to the input current from the resistance R _s. In general, since the switching power supply is controlled by a constant output voltage, the maximum output power is determined at the maximum output current I _{o (max)} . Therefore, the overcurrent protection circuit should operate at the maximum output current, and the overcurrent limiting characteristic obtained in the method of FIG. 4 is shown in FIG.

도 5로부터 전원장치의 과전류 특성은 입력전압 V _in 에 의존하고 있음을 알 수 있다. 식 (2)로부터 알 수 있듯이 최대 출력전류 I _o(max) 에서 과전류를 제한하게 되면 미리 설정된 임의의 기준 전압과 비교하게 되는데 이 경우 일정한 설정 전압 때문에 입력전압이 바뀌는 경우 입력전류의 크기가 변화되기 때문에 V ₁ , V ₂ , V ₃ 로 과전류가 제한되는 지점이 달라지는 단점이 있다. It can be seen from FIG. 5 that the overcurrent characteristic of the power supply device depends on the input voltage V _in . As can be seen from Equation (2), when the overcurrent is limited at the maximum output current I _{o (max)} , it is compared with a predetermined reference voltage. In this case, if the input voltage is changed due to a certain set voltage, the magnitude of the input current is changed. As a result, the point where the overcurrent is limited to V ₁ , V ₂ and V ₃ is different.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 설정하는 기준 전압을 입력전압에 따라 변화시키는 소위 기준전압 제어회로를 추가하였다. 도 6에는 본 발명에서 얻고자하는 스위칭 전원장치의 과전류보호와 출력전류의 정전류 제어를 위한 간접전류 검출방식의 기본 블록 다이어그램이 나타나 있다. In the present invention, a so-called reference voltage control circuit for changing the reference voltage set according to the input voltage has been added to solve this problem. 6 shows a basic block diagram of an indirect current detection method for overcurrent protection and constant current control of an output current of a switching power supply according to the present invention.

도면에서 보호회로는 크게 세 개의 부분으로 나눌 수 있다. 도면에서 A는 입력전압 V _IN 을 보호회로에서 비교할 수 있도록 이득 K ₁ 으로 변환시켜주는 전압-전압 변환기이다. B부분은 기준전압 발생부이며, 연산증폭기 OP ₁ 에서 정전압 V _REF 와 비교된 입력전압 K ₁ V _IN 은 이득 K ₂ 와 함께 정전압 V _c 를 기준전압으로 발생한다. C부분은 입력전류 I _IN 을 전압 V _K 로 변환시켜주는 전류-전압 변환기와 V _K 와 V _c 를 비교하여 이득 K ₄ 로 연산증폭기 OP ₂ 에서 증폭하여 전 V _T 를 발생시켜주는 비교기이다.In the figure, the protection circuit can be largely divided into three parts. In the figure, A is a voltage-to-voltage converter that converts the input voltage V _IN into a gain K ₁ for comparison in the protection circuit. The part B is the reference voltage generator. The input voltage K ₁ V _IN compared to the constant voltage V _REF in the operational amplifier OP _{1 generates} the constant voltage V _c as the reference voltage along with the gain K ₂ . Part C is a current that converts the input current I _IN to a voltage V _K - a comparator which compares the voltage converter and the V _K and V _c to amplify the operational amplifier OP ₂ in the gain K ₄ generates the V _T I.

도 7에는 도 6을 실제회로로 구현한 기본 회로가 도시되어 있다. 먼저 도면에서 저항 R _a 와 R _b 는 입력전압을 저항비로 분배하여 전압 K ₁ V _IN 을 만든다. 이때 K ₁ 은 다음과 같다.FIG. 7 illustrates a basic circuit implementing FIG. 6 as an actual circuit. First, in the drawing, resistors R _a and R _b divide the input voltage by the resistance ratio to make voltage K ₁ V _IN . K ₁ is as follows.

K_{ 1= left ( { R_{ b } } over { R_{ a } +R_{ b } } right ) -------- (3) K_ {1 = left ({R_ {b}} over {R_ {a} + R_ {b}} right) -------- (3)

다음 연산증폭기 OP ₁ 에서 기준전압 V _c 를 발생한다. 정전압 V _REF 는 저항 R _c 와 제너다이오드로 구성하며, 저항 R ₁ , R ₂ 에 의해서 연산증폭기 OP ₁ 의 직류이득을 조절하게 된다. 이때 연산증폭기 OP ₁ 의 직류이득은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.The op amp OP ₁ generates the reference voltage V _c . The constant voltage V _REF consists of a resistor R _c and a zener diode, and the direct current gain of the operational amplifier OP ₁ is controlled by the resistors R ₁ and R ₂ . At this time, the DC gain of the operational amplifier OP ₁ can be obtained as follows.

V_{ c } =- { R_{ 2 } } over { R_{ 1 } } CDOT K_{ 1V_{ in } + left ( 1+ { R_{ 2 } } over { R_{ 1 } } right ) CDOT V_{ REF } -------- (4)V_ {c} =-{R_ {2}} over {R_ {1}} CDOT K_ {1V_ {in} + left (1+ {R_ {2}} over {R_ {1}} right) CDOT V_ {REF } -------- (4)

식 (4)에서 알 수 있듯이 기준전압 V _c 는 입력전압 V _IN 에 항상 반비례하며 이득은 두개의 저항 R ₁ , R ₂ 에 의해 결정되므로 설계 시 미리 설정이 가능하다. 입력전압 V _IN 과 기준전압 V _c 의 관계는 다음과 같다. As can be seen from Equation (4), the reference voltage V _c is always inversely proportional to the input voltage V _IN , and the gain is determined by two resistors R ₁ and R ₂ . The relationship between the input voltage V _IN and the reference voltage V _c is as follows.

V_{ c } =- { R_{ 2 } } over { R_{ 1 } } left ( { R_{ b } } over { R_{ a } +R_{ b } } right ) V_{ in } + left ( 1+ { R_{ 2 } } over { R_{ 1 } } right ) V_{ REF } --(4)V_ {c} =-{R_ {2}} over {R_ {1}} left ({R_ {b}} over {R_ {a} + R_ {b}} right) V_ {in} + left (1+ {R_ {2}} over {R_ {1}} right) V_ {REF}-(4)

한편, 입력전류 I _in 에 비례하는 전압 V _k 로 변환시켜주는 전류-전압 변환회로 OP ₃ 가 연산증폭기 OP ₂ 의 입력으로 들어가며, 기준 정전압 V _c 와 빠르게 비교할 수 있도록 이득 K ₄ 를 두었다. On the other hand, the current-voltage conversion circuit OP ₃ , which converts the voltage V _k proportional to the input current I _in , enters the input of the operational amplifier OP ₂ and has a gain K ₄ so that it can be quickly compared with the reference constant voltage V _c .

도 7로부터 본 발명의 회로에서는 입력전압에 따라서 반비례하는 기준전압을 항상 OP ₂ 에 제공하므로 입력전류가 변화한다고 해도 정확하게 출력전압을 추정할 수가 있을 뿐만 아니라, 출력에 대한 과전류와 정전류 제어가 가능하게 할 수 있다. 연산증폭기에서 얻어진 전압은 스위칭 전원장치에서 널리 사용되고 있는 PWM 제어회로의 보상(compensation) 단자나 궤환(feedback) 단자에 적절하게 연결하여 원하는 특성을 얻게 할 수가 있다.From Fig. 7, the circuit of the present invention always provides OP ₂ with a reference voltage which is inversely proportional to the input voltage, so that the output voltage can be accurately estimated even if the input current changes, and overcurrent and constant current control for the output can be performed. can do. The voltage obtained from the operational amplifier can be properly connected to the compensation or feedback terminal of the PWM control circuit, which is widely used in switching power supplies, to obtain desired characteristics.

본 발명에서 구현하고자하는 간접 전류검출에 의한 출력전류 제어방식은 저전압 대전류와 같은 스위칭 전원장치에서 출력전류를 검출하기 위해서 사용했었던 출력 저항을 사용하지 않기 때문에 전력손실을 줄일 수 있고, 제어 회로구조를 간단히 할 수 있어서 스위칭 전원장치의 효율을 높일 수 있다. 또한 전원장치의 입력단자에서 전류를 검출하여 출력전류를 제어하므로 출력의 과전류뿐만 아니라 입력회로의 스위칭 소자 등이 파괴되어 문제가 발생한 경우에도 빠르게 보호가 되기 때문에 보다 높은 신뢰성의 전원장치를 구성 할 수 있다는 장점이 있다. The output current control method by indirect current detection to be implemented in the present invention can reduce the power loss because it does not use the output resistor used to detect the output current in the switching power supply, such as low voltage large current, and the control circuit structure This can simplify the efficiency of the switching power supply. In addition, since the output terminal is controlled by detecting the current at the input terminal of the power supply, it can be quickly protected even when a problem occurs due to the destruction of not only the output overcurrent but also the switching element of the input circuit, thus making it possible to construct a higher reliability power supply. There is an advantage.

실시예 1.Example 1.

비절연형 전원장치에 간접전류 검출방식을 적용한 실시예Example of Indirect Current Detection Applied to Non-Isolated Power Supply

도 8의 비절연형 전원장치의 기본 회로는 강압형 회로방식으로 알려져 있으며, 일반적으로 입력전압에 비해서 낮은 출력전압을 얻기 위해서 널리 사용되고 있는 스위칭 전원장치이다. 도 8의 강압형 전원장치는 TR ₁ 의 주 스위치가 턴 온이 되면 입력전압이 주 스위치를 통해서 인덕터를 거쳐 출력으로 전달되며, 인덕터에 에너지를 저장하게 된다. 제어회로에 의해서 주 스위치가 턴 오프 되면 인덕터의 에너지가 다이오드 D _F 를 통해서 출력에 전달되며, 출력전압은 인덕터를 통해서 에너지를 공급받게 된다. 이 경우 출력전압 V _o 는 제어회로의 PWM 제어에 의해서 안정화 된다.The basic circuit of the non-isolated power supply of FIG. 8 is known as a step-down circuit type, and is a switching power supply widely used to obtain an output voltage lower than that of an input voltage. In the step-down power supply of FIG. 8, when the main switch of TR ₁ is turned on, the input voltage is transmitted to the output through the inductor through the main switch and stores energy in the inductor. When the main switch is turned off by the control circuit, energy of the inductor is transferred to the output through the diode D _F , and the output voltage is supplied with energy through the inductor. In this case, the output voltage V _o is stabilized by PWM control of the control circuit.

도 8에서 강압형 전원장치에 정전류 제어를 위한 본 발명의 실시예를 보여주고 있다. 입력전류 I _IN 에 비례하는 전압 V _k 로 변환시켜주는 전류-전압 변환회로를 거쳐서 연산증폭기 OP ₂ 의 음단자에 들어가게 된다. 동시에 분배저항 R _a , R _b 에 의해서 배분된 입력전압은 연산증폭기 OP ₁ 의 직류이득을 조절하는 저항 R ₁ , R ₂ 에 의해서 정전압 V _REF 와 비교하여 오차전압 V _c 를 전류제어회로의 연산증폭기 OP ₂ 의 양단자 입력으로 들어가게 된다. 8 shows an embodiment of the present invention for controlling the constant current in the step-down power supply. It enters the negative terminal of operational amplifier OP ₂ through a current-voltage conversion circuit that converts the voltage V _k proportional to the input current I _IN . At the same time, the input voltage distributed by the distribution resistors R _a and R _b is compared with the constant voltage V _REF by the resistors R ₁ and R ₂ that regulate the DC gain of the operational amplifier OP ₁ , and the error voltage V _c is calculated by the operational amplifier of the current control circuit. It will be input to both terminals of OP ₂ .

정전류 제어전압 V _T 는 입력전류가 미리 정해진 전류값 이상 넘게 되면 OP ₂ 가 동작하여 PWM 제어신호에 인가된다. 다이오드 D _T 는 제어전압 V _T 가 역방향으로 전류를 흐르지 않게 하는 역할을 한다. 따라서 입력전압에 따라서 반비례하는 기준전압을 항상 OP ₂ 에 제공하므로 입력전류가 변화한다고 해도 정확하게 출력전압을 추정할 수가 있을 뿐만 아니라, 출력에 대한 과전류와 정전류 제어를 가능하게 할 수 있다. The constant current control voltage V _T is applied to the PWM control signal by operating OP ₂ when the input current exceeds a predetermined current value. The diode D _T prevents the control voltage V _T from flowing in the reverse direction. Therefore, since the reference voltage, which is inversely proportional to the input voltage, is always provided to the OP ₂ , the output voltage can be accurately estimated even if the input current changes, and the overcurrent and constant current control on the output can be enabled.

실시예 2.Example 2.

플라이백 회로에 간접전류 검출방식을 적용한 실시예Example of Indirect Current Detection Applied to Flyback Circuit

도 9에는 플라이백 회로방식에 간접전류 검출방식을 적용한 정전류 제어의 실시예를 보여주고 있다. 도 9에서 사용된 스위칭 전원회로는 절연형 회로방식 중에서 회로가 간단하고, 제조가격이 저렴하기 때문에 가장 많이 시용되고 있는 회로방식이다. 플라이백 회로는 기본적으로 한개의 스위치 TR_1, 다이오드 D_F와 공유 인덕터 T₁, 커패시터 C_F로 구성된다. 회로의 출력전압은 PWM 제어회로의 제어 신호에 의해서 조절되며, 공유 인덕터의 2차측으로부터 출력전압 정보를 1차측으로 전달하기 위해서 광결합 소자(photo coupler) OC₁를 사용하였다. 9 shows an embodiment of constant current control in which an indirect current detection method is applied to a flyback circuit method. The switching power supply circuit used in FIG. 9 is the most commonly used circuit method because of the simple circuit and the low manufacturing cost among the insulated circuit methods. The flyback circuit basically consists of one switch TR _1, diode D _F , shared inductor T ₁ , and capacitor C _F. The output voltage of the circuit is controlled by the control signal of the PWM control circuit, and a photo coupler OC ₁ is used to transfer the output voltage information from the secondary side of the shared inductor to the primary side.

도 9에서 입력전류 I _IN 에 비례하는 전압 V _k 로 변환시켜주는 전류-전압 변환회로를 거쳐서 연산증폭기 OP ₂ 의 음단자에 들어가게 된다. 동시에 분배저항 R _a , R _b 에 의해서 배분된 입력전압은 연산증폭기 OP ₁ 의 직류이득을 조절하는 저항 R ₁ , R ₂ 에 의해서 정전압 V _REF 와 비교하여 오차전압 V _c 를 전류제어회로의 연산증폭기 OP ₂ 의 양단자 입력으로 들어가게 된다. In FIG. 9, the voltage is input to the negative terminal of the operational amplifier OP ₂ through a current-voltage conversion circuit converting the voltage V _k proportional to the input current I _IN . At the same time, the input voltage distributed by the distribution resistors R _a and R _b is compared with the constant voltage V _REF by the resistors R ₁ and R ₂ that regulate the DC gain of the operational amplifier OP ₁ , and the error voltage V _c is calculated by the operational amplifier of the current control circuit. It will be input to both terminals of OP ₂ .

정전류 제어전압 V _T 는 입력전류가 미리 정해진 전류값 V _C 이상 넘게 되면 OP ₂ 가 동작하여 PWM 제어신호에 인가된다. 다이오드 D _T 는 제어전압 V _T 가 역방향으로 전류를 흐르지 않게 하는 역할을 한다. 따라서 입력전압에 따라서 반비례하는 기준전압을 항상 OP ₂ 에 제공하므로 입력전류가 변화한다고 해도 정확하게 출력전 압을 추정할 수가 있을 뿐만 아니라, 출력에 대한 과전류와 정전류 제어를 가능하게 할 수 있다. The constant current control voltage V _T is applied to the PWM control signal by operating OP ₂ when the input current exceeds the predetermined current value V _C. The diode D _T prevents the control voltage V _T from flowing in the reverse direction. Therefore, since the reference voltage, which is inversely proportional to the input voltage, is always provided to OP ₂ , the output voltage can be accurately estimated even if the input current changes, and the overcurrent and constant current control for the output can be enabled.

본 발명은 스위칭 전원장치의 출력 단자의 단락이나, 과전류로부터 전원장치를 보호하기 위해서 출력전류 보호기능을 부가하는 경우, 기존의 출력 전류를 직접 검출하는 직접검출 제어방식의 문제점을 개선시킨, 간접 전류 검출방식을 사용하여 스위칭 전원장치를 과전류나 단락의 상태로부터 보호할 수가 있다. The present invention improves the problem of the direct detection control method which directly detects the existing output current when the output current protection function is added to protect the power supply device from short circuit of the switching power supply or overcurrent. The detection method can be used to protect the switching power supply from overcurrent or short circuit conditions.

또한 저전압 대전류와 같은 스위칭 전원장치에서 출력전류를 검출하기 위해서 사용했었던 출력 저항을 사용하지 않기 때문에 전력손실을 줄일 수 있고, 회로구조를 간단히 할 수 있어서 스위칭 전원장치의 효율을 높일 수 있으며, 또한 전원장치의 입력단자에서 전류를 검출하여 출력전류를 제어하므로 출력의 과전류뿐만 아니라 입력회로의 스위칭 소자 등이 파괴되어 문제가 발생한 경우에도 빠르게 보호가 되기 때문에 보다 높은 신뢰성의 전원장치를 구성 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, since the output resistor used to detect the output current is not used in a switching power supply such as a low voltage large current, power loss can be reduced, and the circuit structure can be simplified, thereby increasing the efficiency of the switching power supply. By detecting the current at the input terminal of the device to control the output current, it is possible to construct a more reliable power supply because it is quickly protected even when a problem occurs due to the destruction of not only the output overcurrent but also the switching element of the input circuit. There is this.

Claims

In the switching power supply having a constant current control function,

A voltage-to-voltage converter that converts the input voltage VIN into a gain K1 for comparison in a protection circuit;

A reference voltage generator for generating a constant voltage VC by amplifying the constant voltage VREF and the compared input voltage K1VIN by a gain K2 by an operational amplifier;

A current-voltage converter converting the input voltage IN into the voltage VK,

Comparing the voltage (VK) and the constant voltage (VC) and amplified by the operational amplifier by a gain (K4) to generate a voltage (VT),

The reference voltage, which is inversely proportional to the input voltage, is always provided to the operational amplifier OP2 so that the output voltage can be accurately estimated even if the input current changes, and the overcurrent and constant current control for the output is configured. Switching power supply.