KR20080017694A - 스위치 모드 전원 장치 - Google Patents

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KR20080017694A
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Abstract

본 발명은 전자기 간섭을 최소화하기에 적합한 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치는, 교류 전압으로부터 제1 직류 전압을 발생하는 직류 전압 발생부; 제1 직류 전압을 단속하는 스위치부; 스위치부에 의해 단속된 전압을 정류 및 평활하여 오디오 시스템에 공급될 제2 직류 전압을 발생하는 정류-평활부; 일정한 주기의 클럭 신호를 발생하는 클럭 발생기; 및 클럭 신호에 응답하여 정류-평활부에 작용하는 부하량을 반복적으로 증감시키는 부하 조절부를 구비한다.
공진, 단속 주기, 주파수, 부하, 클럭, 조절

Description

스위치 모드 전원 장치{Switch Mode Power Supply}
도 1a 및 도 1b 는 공진 방식의 스위치된 전압의 파형도를 도시하는 것이고,
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치를 개략적으로 설명하는 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : AC 전압 입력부 12 : 제1 정류-평활부
14 : 전압 승압부 16 : 공진 방식 스위치부
18 : 메인 트랜스포머 20 : 제2 정류-평활부
22 : 전자 회로 모듈 24 : 클럭 발생기
26 : 부하 조절부 R1 : 저항
MT : 트랜지스터
본 발명은 전자 회로 모듈에 전원 전압을 공급하는 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 공진 방식으로 전자 회로 모듈에 일정한 전원 전압을 공급하는 스위치 모드 전원 장치(Switch Mode Power Supply)에 관한 것이다.
통상의 전자 기기에는, 요구된 기능을 수행하는 전자 회로 모듈의 구동에 필요한 직류 구동 전압을 공급하기 위한 전원 장치가 포함된다. 전자 회로 모듈의 안정된 동작을 위하여, 전원 장치는 전자 회로 모듈에 공급될 직류 구동 전압이 일정한 전압 레벨을 유지하게 한다. 일정한 레벨의 직류 구동 전압을 발생하는 전원 장치로는, 1차 직류 전압을 절환하는 방식으로 전자 회로 모듈에 공급될 직류 구동 전압의 레벨을 조절하는 스위치 모드 전원 장치가 주로 이용되고 있다.
스위치 모드 전원 장치는 펄스 폭 변조 방식과 공진 방식의 것으로 분류된다. 펄스 폭 변조 방식의 전원 방치는 전자 회로 모듈에 공급되는 직류 구동 전압의 레벨에 응답하여 1차 직류 전압의 스위칭 폭을 조절한다. 반면, 공진 방식의 전원 장치는 전자 회로 모듈에 공급될 직류 구동 전압의 레벨을 감시하여 1차 직류 전압의 스위치 주기를 조절한다. 공진 방식의 전원 장치에서는, 1차 직류 전압이 전달되는 전압-온 기간과 1차 직류 전압이 차단되는 전원-오프 기간에 따라 전원 장치의 회로의 길이가 길어졌다가 짧아지기 때문에 부하량이 변하게 된다. 전압-온 기간에는 부하량이 커지는 반면 전원-오프 기간에서는 부하량이 작아진다.
이와 같이, 전원-온 기간과 전원-오프 기간이 진행됨에 따라 부하량이 반 복적으로 변하게 됨에 따라, 공진 방식의 전원 장치에서는 1차 직류 전압의 스위칭 주기가 반복적으로 변하게 된다. 예를 들어, 1차 직류 전압의 정상 절환 주기(즉, 주파수)가 도 1a에서와 같이 80 KHz 로 설정되어 있는 경우, 전압-온 기간마다 증가되는 부하량으로 인하여 공진 방식의 전원 장치는 1차 직류 전압의 절환 주기를 80KHz의 정상 절환 주기 보다 느리게(예를 들면, 도 1b에서와 같은 75KHz 정도로) 변경시킨다.
이로 인하여, 공진 방식의 전원 장치에서는 1차 직류 전압의 절환 주기가 정상 절환 주기와 그보다 느린 보정 절환 주기 사이에서 반복적으로 변동하게 된다. 이 결과, 공진 방식의 전원 장치에서는 전자기 간섭이 심하게 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점 해결하기 위한 것으로 전자기 간섭을 최소화하기에 적합한 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면의 실시 예에 따른 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치는, 교류 전압으로부터 제1 직류 전압을 발생하는 직류 전압 발생부; 제1 직류 전압을 단속하는 스위치부; 스위치부에 의해 단속된 전압을 정류 및 평활하여 오디오 시스템에 공급될 제2 직류 전압을 발생하는 정류-평활부; 일정 한 주기의 클럭 신호를 발생하는 클럭 발생기; 및 클럭 신호에 응답하여 정류-평활부에 작용하는 부하량을 반복적으로 증감시키는 부하 조절부를 구비한다.
본 발명은 상기 부하 조절부가 일정한 저항값의 저항; 및 상기 클럭 발생기로부터의 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 저항을 반복적으로 상기 정류-평활부에 접속 및 분리되게 하는 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 스위치 소자가 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 클럭 신호가 상기 스위치부에 의한 제1 직류 전압의 단속 주기와 동일한 주기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 클럭 신호가 상기 스위치부에 의한 상기 제1 직류 전압의 단속 위상과 동일한 위상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 클럭 발생기가 상기 정류-평활부에 접속되는 전자 회로 모듈의 부하량에 응답하여 상기 클럭 신호의 주기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 직류 전압 발생부로부터 상기 스위치부에 공급될 직류 전압을 승압하는 전압 승압부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적 외에, 본 발명의 다른 목적들, 다른 이점들 및 다른 특징들은 첨부한 도면과 결부된 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부한 도면과 결부되어 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치를 개략적으로 도시한다. 도 2를 참조하면, 스위치 모드 전원 장치는 AC(Alternative Current) 전압 입력부(10)에 직렬 접속된 제1 정류-평활부(12), 전압 승압부(14), 메인 스위치부(16), 메인 트랜스포머(Main Transformer; 18) 및 제2 정류-평활부(20)를 구비한다.
AC 전압 입력부(10)는 외부로부터의 상용 AC 전압(예를 들면, 110 또는 220V의 교류 전압)을 입력한다. 이 AC 전압 입력부(10)를 통하여 입력된 AC 전압은 제1 정류-평활부(12)에 의하여 반파 정류 또는 전파 정류된 다음 평활되어 직류 전압으로 변환된다. 제1 정류-평활부(12)에서 출력되는 직류 전압은 일정한 레벨(예를 들면, 110V 또는 220V)을 유지하게 된다.
제1 정류-평활부(12)에서 발생된 직류 전압은 전압 승압부(14)에서 높은 레벨(예를 들면, 220V 또는 440V)로 승압된 메인 스위치부(16)에 공급된다. 이 전압 승압부(14)는 필요에 따라 제거될 수 있다. 전압 승압부(14)가 제거되는 경우, 제1 정류-평활부(12)는 메인 스위치부(16)에 직접 연결된다. 이에 따라, 전압 승압부(14)에서 승압된 직류 전압 또는 제1 정류-평활부(12)에서 발생된 직류 전압이 "제1 직류 전압"로서 메인 스위치부(16)에 공급될 수 있다.
메인 스위치부(16)는 전압 승압부(14)로부터(또는 제1 정류-평활부(12)로부 터) 메인 트랜스포머(18)에 공급될 1차 직류 전압을 단속하여 메인 트랜스포머(18)를 경유하여 제2 정류-평활부(20)에 공급될 전압의 레벨을 조절한다. 메인 트랜스포머(18)는 메인 스위치부(16)로부터 공급되는 단속되어진 AC 전압을 1차측과 2차측 간의 권선 비에 의하여 레벨 변환한다. 이 메인 트랜스포머(18)에 의하여 레벨 변환된 AC 전압은 제2 정류-평활부(20)에서 정류 및 평활되어 직류 전압의 형태로 변환된다. 이 제2 정류-평활부(20)에서 발생된 직류 전압은, 설명의 편의를 위하여, "직류 구동 전압"이라 한다. 제2 정류-평활부(18)에서 발생된 직류 구동 전압은 메인 스위치부(14)에서 발생되는 AC 전압의 주기(즉, 주파수)에 의하여 가변된다. 직류 구동 전압의 레벨을 일정하게 유지하기 위하여, 메인 스위치부(16)은 제2 정류-평활부(20)에서 출력되는 직류 구동 전압의 레벨을 감시하고 그 감시된 결과에 따라 메인 트랜스포머(18)에 공급된 AC 전압의 주기(즉, 주파수)가 높아지거나 또는 낮아지게 한다. 제2 정류-평활부(18)에서 발생된 직류 구동 전압은 전자 회로 모듈(22)에 공급된다. 전자 회로 모듈(22)은 제2 정류-평활부(20)으로부터의 직류 구동 전압에 의해 구동되어 설계된 기능을 수행하게 된다.
도 1의 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치는 클럭 발생기(24)로부터의 클럭신호에 응답하는 부하 조절부(26)를 포함한다. 클럭 발생기(24)는 메인 스위치부(16)에서 발생되는 AC 전압의 정상 주기(또는 정상 주파수)와 동일한 주기(또는 동일한 주파수)를 가지는 클럭신호를 발생한다. 클럭 발생기(24)에서 발생된 클럭 신호는 메인 스위치부(16)에서 발생되는 AC 전압과 동기된 위상을 가지는 것이 바 람직하다. 다른 방법으로, 클럭 발생기(24)는 전자 회로 모듈(22)와 연결되어 클럭 신호의 주파수가 가변되게 구성될 수도 있다. 이 경우, 클럭 발생기(24)는 전압 제어 발진기를 포함하여 전자 회로 모듈(22)로부터의 부하량에 따라 레벨이 변하는 부하 검출 전압에 응답하여 주기가 변하는 클럭 신호를 생성한다.
부하 조절부(26)는 클럭 발생기(24)로부터의 클럭 신호에 응답하여 제2 정류-평활부(20)에 작용하는 부하량을 반복적으로 변화시킨다. 구체적으로 설명하면, 부하 조절부(26)는 메인 스위치부(16)에서 발생되는 AC 전압이 고전위 전압을 유지하는 동안에는 제2 정류-평활부(20)에 작용하는 부하량이 작아지게 하는 반면에 메인 스위치부(16)에서 발생되는 AC 전압이 저전위 레벨을 유지하는 전압-오프 기간에는 제2 정류-평활부(20)에 작용하는 부하량이 커지게 한다. 부하 조절부(26)에 의하여 제2 정류-평활부(20)에 작용하는 부하량이 반복적으로 변동됨으로써, 메인 스위치부(16)가 부담하는 부하량은 전압-온 기간 및 전압-오프 기간이 교번되더라도 일정하게 유지된다. 이렇게 메인 스위치부(16)에 작용하는 부하량이 일정하게 유지됨에 따라, 메인 스위치부(16)에서 발생되는 AC 전압의 주기(또는 주파수)는 전자 회로 모듈(22)의 이상 상태로 인하여 부하량의 변동이 있는 경우를 제외하고는 일정하게 유지된다. 이 결과, 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치에서는 전자기 간섭이 최소화 된다.
제2 정류-평활부(20)의 부하량을 조절하기 위하여, 부하 조절부(26)는 제2 정류-평활부(20)의 출력 라인과 기저 전압 라인(GND) 사이에 직렬 접속된 저항(R1) 및 트랜지스터(MT)를 포함한다. 트랜지스터(MT)는 클럭 발생기(24)로부터의 클럭 신호의 논리 값에 따라 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복하여 저항(R1)이 제2 정류-평활부(20)와 기저 전압 라인(GND) 사이에의 접속 및 분리 상태가 반복되게 한다. 저항(R1)이 제2 정류-평활부(20)의 출력 라인과 기저 전압 라인(GND) 사이에 접속되는 경우, 제2 정류-평활부(20)에 작용하는 부하량이 작아지게 된다. 이는 저항(R1)이 전자 회로 모듈(22)와 병렬 회로를 형성하는 것에 기인한다. 이렇게 제2 정류-평활부(20)의 부하량이 줄어든 만큼 메인 스위치부(16)에 작용하는 부하량도 작아지게 된다. 반대로, 저항(R1)이 제2 정류-평활부(20)의 출력 라인과 기저 전압 라인(GND)에서 분리되면, 제2 정류 평활부(20)에 작용하는 부하량은 커지게 된다. 제2 정류 평활부(20)에 작용하는 부하량이 증가된 만큼 메인 스위치부(16)에 작용하는 부하량도 증가한다. 저항(R1)의 저항값은 제2 정류-평활부(20) 및 전자 회로 모듈(22)에 의한 부하량의 변동량에 근거하여 적절하게 설정된다.
이상과 같이, 본 발명이 도면에 도시된 실시 예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명이 보호되어야 할 권리 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해져야만 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치에서는 출력 라인에 작용하는 부하량이 1차 직류 전압이 주기마다 높아졌다가(또는 낮아졌다가) 다시 낮아지게(또는 높아지게) 된다. 이에 따라, 1차 직류 전압의 주기가 전자 회로 모듈의 이상 상태에 인하여 출력 라인에 작용하는 부하의 량이 변동되는 경우를 제외하고는 일정하게 유지된다. 이 결과, 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치에서는 전자기 간섭이 최소화된다.

Claims (7)

  1. 교류 전압으로부터 제1 직류 전압을 발생하는 직류 전압 발생부;
    상기 제1 직류 전압을 단속하는 스위치부;
    상기 스위치부에 의해 단속된 전압을 정류 및 평활하여 오디오 시스템에 공급될 제2 직류 전압을 발생하는 정류-평활부;
    상기 일정한 주기의 클럭 신호를 발생하는 클럭 발생기; 및
    상기 클럭 신호에 응답하여 상기 정류-평활부에 작용하는 부하량을 반복적으로 증감시키는 부하 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부하 조절부가
    일정한 저항값의 저항; 및
    상기 클럭 발생기로부터의 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 저항을 반복적으로 상기 정류-평활부에 접속 및 분리되게 하는 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치 소자가 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭 신호가 상기 스위치부에 의한 제1 직류 전압의 단속 주기와 동일한 주기를 가지는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클럭 신호가 상기 스위치부에 의한 상기 제1 직류 전압의 단속 위상과 동일한 위상을 가지는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭 발생기가 상기 정류-평활부에 접속되는 전자 회로 모듈의 부하량에 응답하여 상기 클럭 신호의 주기를 조절하는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 전압 발생부로부터 상기 스위치부에 공급될 직류 전압을 승압하는 전압 승압부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공진 방식의 스위치 모드 전원 장치.
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