KR20060086596A

KR20060086596A - 크로스 레귤레이션을 보상하는 회로를 갖는 스위칭 전원장치

Info

Publication number: KR20060086596A
Application number: KR1020050007446A
Authority: KR
Inventors: 김세중; 류한청
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-01
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: KR100659297B1

Abstract

크로스 레귤레이션을 보상하는 회로를 갖는 스위칭 전원장치가 개시된다. 본 스위칭 전원장치는 입력전압에 대해 1, 2 차측 코일의 상호작용을 이용하여 전압을 유기하는 전원변압기, 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 제1 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭제어부, 전원변압기의 2차측 코일의 제1 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제1 출력회로부, 전원변압기의 2차측 코일의 제2 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제2 출력회로부, 및 제1 출력회로부의 출력전압이 소정 크기이하로 감소하는 경우, 제1 출력회로부의 출력단과 제2 출력회로부의 출력단이 소정 크기를 갖는 저항을 통해 접속되도록 하는 전압보상부를 포함한다. 이에 의해, 출력전압 상호간에 레귤레이션을 보상할 수 있다.

크로스 레귤레이션, 부하, SMPS

Description

크로스 레귤레이션을 보상하는 회로를 갖는 스위칭 전원장치{SMPS apparatus having cross regulation compensation circuit}

도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 전원장치의 회로도, 그리고

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다출력 스위칭 전원장치의 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 정류회로부 120 : 스위칭제어부

130 : 전원변압기 140 : 제1 출력회로부

150 : 제2 출력회로부 160 : 전압보상부

본 발명은 스위칭 전원장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하변동에 무관하게 각 출력전압간에 크로스 레귤레이션(cross regulation)을 보상할 수 있는 회로를 갖는 스위칭 전원장치에 관한 것이다.

일반적으로 프린터와 같은 화상형성장치에서는 스위칭 전원장치(Switching Mode Power Supply : SMPS)가 사용되고 있다. 스위칭 전원장치는 스위칭 소자가 스위칭 모드로 동작하여 전력손실이 적고, 고주파 전원변압기를 사용하기 때문에 소형 경량이므로 전체 효율이 높다는 특징이 있으며, 서로 다른 크기의 직류전압을 동시에 출력할 수 있도록 설계하는 것도 가능하다. 예컨대, 프린터의 경우, 메인 전원으로 사용되는 3.3V 혹은 5V 직류전압과, HVPS(High Voltage Power Supply)나 모터류에 사용되는 24V 직류전압을 출력할 수 있는 스위칭 전원장치가 사용된다.

스위칭 전원장치는 기본적으로 출력전압간에 크로스 레귤레이션(Cross Regulation)을 보장한다. 그러나, 프린터와 같은 경우, 사용자의 안전을 위하여 프린터의 커버가 개방되면, 고압을 차단하기 위해 고압의 베이스 전원으로 쓰이는 스위칭 전원장치의 24V 출력단의 차단이 필요하게 된다. 이 경우 24V 출력단의 무부하 상태로 인하여, 메인전원으로 사용되는 3.3V 나 5V의 출력단의 전압이 급격히 하락하게 되고, 이에 따라 메인전원을 사용하는 CPU 의 리셋(RESET) 같은 문제가 발생할 수 있으므로 크로스 레귤레이션에 대한 신뢰성 확보가 중요하다.

도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 전원장치의 일예에 대한 회로도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 스위칭 전원장치는, 정류회로부(10), 스위칭제어부(20), 전원변압기(30), 제1 출력회로부(40), 제2 출력회로부(50), 및 피드백 회로부(OP1)을 포함한다.

정류회로부(10)는 외부로부터 입력되는 교류전원을 브릿지 다이오드(DM1)와 콘덴서(C1)를 사용하여 정류한다. 정류회로부(10)에서 정류된 전압은 전원변압기(30)의 1차측 코일에 인가되고, 전원변압기(30)는 1차측 코일과 2차측 코일의 상호작용에 의해, 2차측 코일에 전압을 유기한다. 이때, 스위칭제어부(20)는 전원변압기(30)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 전원변압기(30)의 2차측 코일 에 유기되는 전압을 제어한다. 전원변압기(30)의 2차측 코일에 유기된 전압은 각각 제1 및 제2 출력회로부(40, 50)에서 정류 및 평활(平滑)되어, 최종적으로 제1 출력회로부(40)는 직류전압 Va를 출력전압으로 출력하고, 제2 출력회로부(50)는 직류전압 Vb를 출력전압으로 출력한다.

스위칭제어부(20)는 PWM 콘트롤러(IC1)를 구비하며, PWM 콘트롤러(IC1)는 전원변압기(30)의 1차측 코일의 일단에 접속되며, 온/오프 스위칭에 의해 전원변압기(30)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 전원변압기(30)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어한다. 또한, 다이오드 D1, 저항 R2, 및 콘덴서 C2는 전원변압기(30)의 보조권선을 통해 흐르는 전류를 정류 및 평활하여 PWM 콘트롤러(IC1)에 동작전원을 공급한다.

피드백회로부(OP1)는 제2 출력회로부(50)의 출력전압을 검지하여 스위칭제어부(20)에 신호를 궤환시키고, 궤환된 신호에 따라 스위칭제어부(20)가 스위칭 동작을 조정하여 출력전압을 일정하게 유지한다.

이와 같은 구성에서, 출력전압간 크로스 레귤레이션을 보상하기 위해서 무부하 시에도 일정 전력을 소비하여 전압을 유지하게 하는 더미(Dummy) 저항 R2, R3, R4, R5가 제2 출력회로부(50)의 출력단에 병렬로 접속된다. 또한 제1 출력회로부(40)의 출력단과 제2 출력회로부(50)의 출력단을 서로 연결하는 더미 저항 R6에 의해, 제2 출력회로부(50)가 무부하가 되더라도, 점선으로 표시된 전류 패스(Path)가 생성되어 크로스 레귤레이션을 보상한다.

그런데, 크로스 레귤레이션을 보상하기 위해 사용되는 더미 저항들(R2, R3, R4, R5)은, 사실상 무부하시 전압 보상의 역할 이외에는 단지 전력을 소비하여 열을 발생하는 소자에 해당한다. 따라서, 전력 절감이나 열 발산 문제 등을 효과적으로 해결하기 위해서는, 크로스 레귤레이션을 보상하기 위한 더미 저항들의 사용을 최소화하거나, 필요한 경우가 아니면 더미 저항들이 전력을 소비하지 않도록 하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 더미 저항의 사용을 최소화하면서 스위칭 전원장치의 각 출력단간에 크로스 레귤레이션을 보상할 수 있는 스위칭 전원장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 전원장치는, 입력전압에 대해 1, 2 차측 코일의 상호작용을 이용하여 전압을 유기하는 전원변압기, 상기 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 제1 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭제어부, 상기 전원변압기의 상기 2차측 코일의 제1 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제1 출력회로부, 상기 전원변압기의 상기 2차측 코일의 제2 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제2 출력회로부, 및 상기 제1 출력회로부의 출력전압이 소정 크기이하로 감소하는 경우, 상기 제1 출력회로부의 출력단과 상기 제2 출력회로부의 출력단이 소정 크기를 갖는 저항을 통해 접속되도록 하는 전압보상부를 포함한다. 상기 전압보상부는, 일단이 상기 제1 출력회로부의 출력단에 접속된 저항, 드 레인이 상기 저항의 타단에 접속되고, 소스는 상기 제2 출력회로부의 출력단에 접속되는 MOS 트랜지스터, 및 상기 제1 출력회로부의 출력전압을 감지하여, 소정크기 이하인 경우 상기 MOS 트랜지스터를 도통시키는 전압감지회로를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전압감지회로는, 상기 제1 출력회로부의 출력단과 접지 사이에 직렬접속된 제1 및 제2 저항, 베이스가 상기 제1 및 제2 저항의 접속점에 연결되고, 콜렉터는 상기 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속된 PNP 트랜지스터, 캐소드는 상기 PNP 트랜지스터의 이미터와 접속되고, 애노드는 상기 제2 출력회로부의 출력단에 접속된 제너 다이오드를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 출력회로부의 출력전압을 검지하여, 상기 스위칭제어부에 신호를 궤환시켜, 궤환된 신호에 따라 스위칭제어부가 상기 스위칭 동작을 조정하도록 하는 피드백 회로부를 더 포함한다. 그리고, 입력되는 교류전원을 정류하여 상기 전원변압기의 상기 제1차측 코일에 상기 입력전압으로 인가하는 정류회로부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 스위칭 전원장치의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 다출력 스위칭 전원장치는 정류회로부(110), 스위칭제어부(120), 전원변압기(130), 제1 출력회로부(140), 제2 출력회로부(150), 전압보상부(160), 및 피드백회로부(OP10)를 포함한다.

정류회로부(110)는 외부로부터 입력되는 교류전원(AC)을 브릿지 다이오드(DM11)와 충전용 콘덴서 C11을 사용하여 정류한다. 정류회로부(110)에서 정류된 전압은 전원변압기(130)의 1차측 코일에 인가되고, 전원변압기(130)는 1차측 코일과 2차측 코일의 상호작용에 의해, 2차측 코일에 전압을 유기한다.

전원변압기(130)의 2차측 코일에 유기된 전압은 제1 출력회로부(140) 및 제2 출력회로부(150)로 각각 전달된다. 제1 출력회로부(140)는 전원변압기(130)의 2차측 코일의 제1 출력단에 유기된 전압을 다이오드 D12과 콘덴서 C13을 사용하여, 정류 및 평활함으로써 직류전압 Va를 출력한다. 마찬가지로, 제2 출력회로부(150)는 전원변압기(130)의 2차측 코일의 제2 출력단에 유기된 전압은 다이오드 D13과 콘덴서 C14를 사용하여, 정류 및 평활함으로써 직류전압 Vb를 출력한다.

스위칭제어부(120)는 PWM 콘트롤러(IC10)을 구비하며, PWM 콘트롤러(IC10)는 전원변압기(130)의 1차측 코일의 일단에 접속되며, 온/오프 스위칭에 의해 전원변압기(130)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 전원변압기(130)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어한다. 또한, 다이오드 D11, 저항 R11, 및 콘덴서 C12는 전원변압기(130)의 보조권선을 통해 흐르는 전류를 정류 및 평활하여 PWM 콘트롤러(IC10)에 동작전원을 공급한다.

피드백회로부(OP10)는 제2 출력회로부(150)의 출력전압을 검지하여 스위칭제어부(120)에 신호를 궤환시키고, 스위칭제어부(120)는 궤환된 신호에 따라 스위칭 동작을 조정하여 출력전압을 일정하게 유지한다.

전압보상부(160)에서 저항 R13과 저항 R14는 제1 출력회로부(140)의 출력단의 셧다운(shutdown) 전압을 감지하는 감지저항으로 사용된다. 즉, 저항 R13 및 R14는 제1 출력회로부(140)의 출력전압 Va를 분압하여 감지한다. 제너(Zener) 다 이오드 D14는, 저항 R13과 저항 R14의 감지저항을 통해 감지한 제1 출력회로부(140)의 출력단 전압과 제2 출력회로부(150)의 출력단의 전압을 감지한다.

트랜지스터(Q11)은 제1 출력회로부(140)의 출력단이 일정 전압 이하로 하강시 턴온(Turn on) 되며, 트랜지스터(Q11)가 턴온되면 이에 따라 전계효과 트랜지스터(Q11)도 턴온된다. 전계효과 트랜지스터(Q11)의 턴온시 제1 출력회로부(140)의 출력단과 제2 출력회로부(150)의 출력단은 더미 저항 R15를 통해 접속된다.

이 경우 제2 출력회로부(150)의 출력단을 통하여 제1 출력회로부(140)의 출력단 방향으로, 점선으로 표시한 전류 패스(Path)가 형성되어 제2 출력회로부(150)의 출력전압의 상승을 억제하고, 제1 출력회로부(140)의 출력단이 일정전압 이상으로 유지된다. 따라서, 제1 출력회로부(140)와 제2 출력회로부(150)의 출력전압간에 크로스 레귤레이션을 보상할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 더미 저항의 사용을 최소화하면서, 각 출력단의 부하변동에 따라 각 출력전압간에 크로스 레귤레이션을 보상할 수 있다. 그리고, 더미 저항의 사용을 최소화하고, 필요한 경우에만 더미 저항을 사용함으로써, 전력 사용을 감소시키고, 열 발산을 최소화시킬 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

입력전압에 대해 1, 2 차측 코일의 상호작용을 이용하여 전압을 유기하는 전원변압기;

상기 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 제1 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭제어부;

상기 전원변압기의 상기 2차측 코일의 제1 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제1 출력회로부;

상기 전원변압기의 상기 2차측 코일의 제2 출력단에 유기된 출력전압을 정류하고 평활하여 출력하는 제2 출력회로부; 및

상기 제1 출력회로부의 출력전압이 소정 크기 이하로 감소하는 경우, 상기 제1 출력회로부의 출력단과 상기 제2 출력회로부의 출력단이 소정 크기를 갖는 저항을 통해 접속되도록 하는 전압보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항에 있어서, 상기 전압보상부는,

일단이 상기 제1 출력회로부의 출력단에 접속된 저항;

드레인이 상기 저항의 타단에 접속되고, 소스는 상기 제2 출력회로부의 출력단에 접속되는 MOS 트랜지스터; 및

상기 제1 출력회로부의 출력전압을 감지하여, 소정크기 이하인 경우 상기 MOS 트랜지스터를 도통시키는 전압감지회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제2항에 있어서, 상기 전압감지회로는,

상기 제1 출력회로부의 출력단과 접지 사이에 직렬접속된 제1 및 제2 저항;

베이스가 상기 제1 및 제2 저항의 접속점에 연결되고, 콜렉터는 상기 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속된 PNP 트랜지스터; 및

캐소드는 상기 PNP 트랜지스터의 이미터와 접속되고, 애노드는 상기 제2 출력회로부의 출력단에 접속된 제너 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 출력회로부의 출력전압을 검지하여, 상기 스위칭제어부에 신호를 궤환시켜, 궤환된 신호에 따라 스위칭제어부가 상기 스위칭 동작을 조정하도록 하는 피드백 회로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항에 있어서,

입력되는 교류전원을 정류하여 상기 전원변압기의 상기 제1차측 코일에 상기 입력전압으로 인가하는 정류회로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전 원장치.