KR20100129550A - 어댑터 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 어댑터 전원 장치는, 직류 전압을 스위칭 시키는 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단에 연결된 일차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 보조 권선을 갖는 트랜스부; 상기 트랜스부에서 출력된 전압을 정류시키는 정류부; 상기 정류부에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드에는 상기 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에는 상기 스위칭 수단을 준공진 방식(quasi resonant)으로 동작시키도록 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
Figure P1020090048163
준공진 방식, 보조 권선, 밸리 검출부, 스위칭 수단, 어댑터

Description

어댑터 전원 장치{Adapter power supply}
본 발명은 어댑터 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정상 동작 모드와 대기 모드에 따라 스위칭 수단의 동작 방식을 PWM 방식과 준공진(quasi resonant) 방식으로 변경하는 어댑터 전원 장치에 관한 것이다.
60W 급 미만의 어댑터 전원 장치는 그 용량이 작기 때문에 전력단으로 플라이백 컨버터(flyback converter) 또는 포워드 컨버터(forward converter)가 사용되고 있으며, 이들을 제어하기 위하여 전압 모드 제어 기법 또는 전류 모드 제어 기법을 사용하고 있다.
최근 시장에서는 이러한 어댑터 전원 장치의 부하 조건에 따른 소비 전력을 규제하고 있다.
특히, 무부하시 어댑터의 소비전력이 0.3W 미만이 되도록 규제하고 있다. 이를 만족시키기 위해서는 제어 IC에서 무부하 상태를 검출하고 그 상태에서 출력 전압을 유지하면서 전력 소비가 최소가 될 수 있도록 제어해야 한다.
그러나, 종래의 방식은 모드에 관계없이 출력 전압이 일정 범위를 넘어서면 무부하 상태로 판단하고 이에 따라 스위칭 수단을 턴 오프 했다가 출력 전압이 일 정 범위 이하로 감소하면 다시 스위칭 수단을 턴 온 시키는 버스트(burst) 방식으로 스위칭 수단이 고정된 주파수로 동작한다.
따라서, 종래의 방식으로 대기 모드를 구현할 경우 정상 동작 모드시 스위칭 수단이 동작하는 방식과 동일하게 대기 모드에서도 스위칭 수단이 고정된 주파수로 동작하기 때문에 대기 모드시 많은 스위칭 손실이 발생하여 대기 전력을 최소화하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 정류부에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드에는 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에는 스위칭 수단을 준공진 방식으로 동작시키는 어댑터 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 어댑터 전원 장치는, 직류 전압을 스위칭 시키는 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단에 연결된 일차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 보조 권선을 갖는 트랜스부; 상기 트랜스부에서 출력된 전압을 정류시키는 정류부; 상기 정류부에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드에는 상기 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에는 상기 스위칭 수단을 준공진 방식(quasi resonant)으로 동작시키도록 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 부하 정보 검출을 위해 부하의 출력 전압과 미리 정해진 기준 전압을 비교하여 오차 신호(current reference)를 생성하는 오차 신호 생성단; 스킵 캐리어(skip carrier) 신호를 생성하는 스킵 캐리어 신호 생성단; 상기 스킵 캐리어 신호의 피크 값을 검출하는 피크 검출단; 상기 오차 신호와 스킵 캐리어 신호를 비교하여 상기 스위칭 수단의 정상 동작 모드와 대기 모드의 여부를 결정하는 제 1 비교단; 상기 스위칭 수단에 흐르는 전류를 센싱하여 상기 오차 신호와 비교를 통해 상기 스위칭 수단의 듀티(duty)를 결정하는 제 2 비 교단; 상기 스킵 캐리어 신호의 피크 값과 오차 신호를 비교하여 상기 스위칭 수단의 PWM 방식과 준공진 방식 동작 여부를 결정하는 제 3 비교단; 상기 보조 권선을 통해 상기 스위칭 수단의 양단 전압의 밸리(valley)를 검출하는 밸리 검출단; 상기 제 1 비교단, 제 2 비교단, 제 3 비교단과 연결되어 정상 동작 모드시 상기 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키는 제어 신호를 상기 스위칭 수단에 인가하는 PWM 방식 동작단; 상기 제 1 비교단, 제 2 비교단, 제 3 비교단, 밸리 검출단과 연결되어 대기 모드시 상기 스위칭 수단을 준공진 방식으로 동작시키는 제어 신호를 상기 스위칭 수단에 인가하는 준공진 방식 동작단; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 피크 검출단은 서로 병렬 연결된 다이오드와 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 3 비교단은 상기 오차 신호가 스킵 캐리어 피크 값보다 큰 경우 출력이 하이(high)가 되어 상기 PWM 방식 동작단을 통해 상기 스위칭 수단이 PWM 방식으로 동작하게 하고, 상기 오차 신호가 스킵 캐리어 피크 값보다 작은 경우 출력이 로우(low)가 되어 상기 준공진 방식 동작단을 통해 상기 스위칭 수단이 준공진 방식으로 동작하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정류부는 정류 다이오드와 평활 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 수단은 트랜지스터일 수 있다.
본 발명에 따르면, 정류부에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드 에는 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에는 스위칭 수단을 준공진 방식으로 동작시킴으로써 대기 모드시 대기 전력을 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 어댑터 전원 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터 전원 장치의 회로도이다.
이하, 도 1을 참고하여 설명한다.
본 발명의 일 실시에에 따른 어댑터 전원 장치는 스위칭 수단(Qs), 트랜스부(T), 정류부(11), 제어부(12)를 포함할 수 있다.
스위칭 수단(Qs)은 직류 전압을 스위칭 시켜 트랜스부(T)의 이차측에 전력을 전달할 수 있다. 이때, 직류 전압은 상용 입력 교류 전원이 EMI 필터와 정류 다이오드를 통과하여 얻어진 전압일 수 있다.
또한, 스위칭 수단(Qs)은 트랜지스터일 수 있다.
트랜스부(T)는 스위칭 수단(Qs)에 연결된 일차 권선과 이 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선과 이 일차 권선에 전자기적으로 결합된 보조 권선을 포함할 수 있다.
이때, 보조 권선은 준공진 방식 동작을 위해 스위칭 수단(Qs)의 양단 전압의 밸리(valley)를 검출하기 위한 구성으로 트랜스부(T)의 일차측에 위치할 수 있다. 또한, 이런한 보조 권선은 트랜스부(T)의 이차측에 위치할 수도 있다.
정류부(11)는 트랜스부(T)에서 출력된 교류 전압을 부하에 공급하기 위한 직류 전압으로 정류시킬 수 있다.
이러한 정류부(11)는 정류 다이오드(Do)와 평활 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 구체적으로 정류 다이오드(Do)는 애노드가 트랜스부(T)의 이차 권선의 일단에 연결될 수 있다. 평활 커패시터(Co)의 일단은 정류 다이오드(Do)의 캐소드에 연결될 수 있다. 또한, 평활 커패시터(Co)는 부하에 병렬로 연결될 수 있다.
제어부(12)는 정류부(11)에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드에서는 스위칭 수단(Qs)을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에서는 스위칭 수단(Qs)을 준공진 방식으로 동작시키도록 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(12)는 오차 신호(current reference) 생성단(121), 스킵 캐리어(skip carrier) 신호 생성단, 피크 검출단(122), 제 1 비교단(comp1), 제 2 비교단(comp2), 제 3 비교단(comp3), 밸리 검출단(123), 준공진 방식 동작단(124), PWM 방식 동작단(125)을 포함할 수 있다.
오차 신호 생성단(121)은 부하 정보 검출을 위해 부하의 출력 전압과 미리 정해진 기준 전압을 비교하여 오차 신호를 생성할 수 있다. 이 오차 신호에는 부하가 경부하인지 중부하인지 여부를 판별할 수 있는 부하 정보를 포함하고 있다.
스킵 캐리어 신호 생성단은 오차 신호 생성단(121)에서 생성된 오차 신호와 비교할 스킵 캐리어 신호를 생성할 수 있다.
피크 검출단(122)은 스킵 캐리어 신호 생성단에서 생성된 스킵 캐리어 신호의 피크 값을 검출할 수 있다.
피크 검출단(122)은 서로 병렬 연결된 다이오드(D1)와 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 구체적으로 다이오드(D1)의 애노드가 스킵 캐리어 생성단에 연결될 수 있다. 또한, 커패시터(C1)의 일단이 접지에 연결될 수 있고, 타단이 다이오드(D1)의 캐소드에 연결될 수 있다.
제 1 비교단(comp1)은 오차 신호 생성단(121)에서 생성된 오차 신호와 스킵 캐리어 신호 생성단에서 생성된 스킵 캐리어 신호를 비교하여 스위칭 수단(Qs)이 정상 동작 모드인지 대기 모드인지를 결정할 수 있다.
제 2 비교단(comp2)은 스위칭 수단(Qs)에 흐르는 전류를 센싱하여 이 센싱 전류와 오차 신호 생성단(121)에서 생성된 오차 신호를 비교하여 스위칭 수단(Qs)의 듀티(duty)를 결정할 수 있다.
제 3 비교단(comp3)은 피크 검출단(122)에서 검출한 스킵 캐리어 신호의 피크 값과 오차 신호 생성단(121)에서 생성된 오차 신호를 비교하여 스위칭 수단(Qs)이 PWM 방식으로 동작할지 준공진 방식으로 동작할지 여부를 결정할 수 있다.
즉, 부하가 크면 오차 신호가 스킵 캐리어 신호의 피크 값보다 크게 되어 제 3 비교단(comp3)의 출력이 하이(high)가 되어 후술하는 PWM 방식 동작단(125)을 통해 스위칭 수단(Qs)이 PWM 방식으로 동작하게 할 수 있고, 부하가 작으면 오차 신호가 스킵 캐리어 신호의 피크 값보다 작게 되어 제 3 비교단(comp3)의 출력이 로우(low)가 되어 후술하는 준공진 방식 동작단(124)을 통해 스위칭 수단(Qs)이 준공진 방식으로 동작하게 할 수 있다.
밸리 검출단(123)은 트랜스부(T)의 보조 권선을 통해 스위칭 수단(Qs)의 양 단 전압의 밸리(valley)를 검출할 수 있다. 이 밸리 검출단(123)은 준공진 방식으로 동작하는 경우 필요한 구성 요소이다.
준공진 방식 동작단(124)은 제 1 비교단(comp1), 제 2 비교단(comp2), 제 3 비교단(comp3), 밸리 검출단(123)과 연결되어, 제 1 비교단(comp1)에서 대기 모드로 판정되고 제 3 비교단(comp2)에서 준공진 방식으로 판정되는 경우 제 2 비교단(comp2)에 의해 듀티를 결정하여 스위칭 수단(Qs)을 대기 모드시 밸리 검출부(123)에서 검출된 밸리에서 스위칭이 일어나는 준공진 방식으로 동작하도록 하는 제어 신호를 스위칭 수단(Qs)에 인가할 수 있다.
PWM 방식 동작단(125)은 제 1 비교단(comp1), 제 2 비교단(comp2), 제 3 비교단(comp3)과 연결되어, 제 1 비교단(comp1)에서 정상 동작 모드로 판정되고 제 3 비교단(comp2)에서 PWM 방식으로 판정되는 경우 제 2 비교단(comp2)에 의해 듀티를 결정하여 스위칭 수단(Qs)을 정상 동작 모드시 PWM 방식으로 동작하도록 하는 제어 신호를 스위칭 수단(Qs)에 인가할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터 전원 장치의 동작 파형을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참고하면, 부하가 줄어들면 출력 전압이 증가하고 증가된 출력 전압을 제어하기 위해 오차 신호가 줄어들게 된다. 오차 신호가 줄어들다가 스킵 캐리어 신호의 피크 값 아래로 내려가게 되면 PWM 동작이 멈추고 준공진 방식의 동작이 시작된다. 그리고, 부하가 증가하게 되면 출력 전압이 내려가게 되고 오차 신호는 증가하게 된다. 이때 오차 신호가 스킵 캐리어 신호의 피크 값 위로 올라가게 되면 준공진 방식의 동작이 멈추고 PWM 동작으로 변경된다.
도 3은 PWM 방식과 준공진 방식의 동작 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3를 참고하면, 스위칭 수단(Qs)의 스위칭 턴 온(turn on) 손실은 스위치가 켜질때 스위칭 수단(Qs) 양단에 걸려있는 전압과 스위칭 수단(Qs)에 흐르는 전류의 곱으로 표현될 수 있다. 이때, 스위칭 수단(Qs)의 양단에 걸리는 전압을 줄이면 스위치 턴 온 손실을 줄일 수 있다.
트랜스부(T)는 스위칭 수단(Qs)이 오프되어 있는 동안 2차측으로 전력을 공급한다. 이때 스위칭 수단(Qs) 양단의 전압은 도 3에 나타난 것과 같이 PWM 방식의 경우보다 준공진 방식의 경우가 더 낮다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 스위칭 턴 온 손실 역시 준공진 방식의 경우가 더 작음을 알 수 있다.
그러나, 준공진 방식의 경우 PWM 방식의 경우에 비해 스위칭 턴 온 손실이 작은 장점이 있지만 부하 조건에 따라 주파수가 변경되기 때문에 중부하 이상에서는 다루는 전력이 높아서 EMI(electromagnetic interference) 문제가 발생하고 이것이 다른 기기에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터 전원 장치에서는 EMI 문제를 회피하기 위하여 경부하 이상에서는 정상 동작 모드로 판정하여 스위칭 수단(Qs)을 PWM 방식으로 동작시킨다. 하지만 부하가 낮아지게 되면 주파수가 변경되어도 다루는 전력이 줄어들기 때문에 EMI가 줄어들게 되므로 대기 모드로 판정하여 스위칭 수단(Qs)의 동작 방식을 준공진 방식으로 변경시켜 스위칭 턴 온 손실을 줄일 수 있다.
즉, 경부하 이상에서는 EMI 문제 때문에 스위칭 수단(Qs)을 정상 동작 모드로 판정하여 고정된 주파수인 PWM 방식으로 동작시키고 부하가 낮아지면 EMI가 줄어드는 것을 이용하여 스위칭 수단(Qs)을 대기 모드로 판정하여 스위칭 턴 온 손실이 작은 준공진 방식으로 동작시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터 전원 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터 전원 장치의 동작 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3은 PWM 방식과 준공진 방식의 동작 파형을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 정류부
12: 제어부
121: 오차 신호 생성부
122: 피크 검출단
123: 밸리 검출단
124: 준공진 방식 동작단
125: PWM 방식 동작단

Claims (6)

  1. 직류 전압을 스위칭 시키는 스위칭 수단;
    상기 스위칭 수단에 연결된 일차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 보조 권선을 갖는 트랜스부;
    상기 트랜스부에서 출력된 전압을 정류시키는 정류부;
    상기 정류부에 연결된 부하의 정보를 검출하여 정상 동작 모드에는 상기 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키고, 대기 모드에는 상기 스위칭 수단을 준공진 방식(quasi resonant)으로 동작시키도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 어댑터 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    부하 정보 검출을 위해 부하의 출력 전압과 미리 정해진 기준 전압을 비교하여 오차 신호(current reference)를 생성하는 오차 신호 생성단;
    스킵 캐리어(skip carrier) 신호를 생성하는 스킵 캐리어 신호 생성단;
    상기 스킵 캐리어 신호의 피크 값을 검출하는 피크 검출단;
    상기 오차 신호와 스킵 캐리어 신호를 비교하여 상기 스위칭 수단의 정상 동 작 모드와 대기 모드의 여부를 결정하는 제 1 비교단;
    상기 스위칭 수단에 흐르는 전류를 센싱하여 상기 오차 신호와 비교를 통해 상기 스위칭 수단의 듀티(duty)를 결정하는 제 2 비교단;
    상기 스킵 캐리어 신호의 피크 값과 오차 신호를 비교하여 상기 스위칭 수단의 PWM 방식과 준공진 방식 동작 여부를 결정하는 제 3 비교단;
    상기 보조 권선을 통해 상기 스위칭 수단의 양단 전압의 밸리(valley)를 검출하는 밸리 검출단;
    상기 제 1 비교단, 제 2 비교단, 제 3 비교단과 연결되어 정상 동작 모드시 상기 스위칭 수단을 PWM 방식으로 동작시키는 제어 신호를 상기 스위칭 수단에 인가하는 PWM 방식 동작단;
    상기 제 1 비교단, 제 2 비교단, 제 3 비교단, 밸리 검출단과 연결되어 대기 모드시 상기 스위칭 수단을 준공진 방식으로 동작시키는 제어 신호를 상기 스위칭 수단에 인가하는 준공진 방식 동작단;
    를 포함하는 어댑터 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피크 검출단은 서로 병렬 연결된 다이오드와 커패시터를 포함하는 어댑터 전원 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 비교단은 상기 오차 신호가 스킵 캐리어 피크 값보다 큰 경우 출력이 하이(high)가 되어 상기 PWM 방식 동작단을 통해 상기 스위칭 수단이 PWM 방식으로 동작하게 하고, 상기 오차 신호가 스킵 캐리어 피크 값보다 작은 경우 출력이 로우(low)가 되어 상기 준공진 방식 동작단을 통해 상기 스위칭 수단이 준공진 방식으로 동작하게 하는 어댑터 전원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부는 정류 다이오드와 평활 커패시터를 포함하는 어댑터 전원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 트랜지스터인 어댑터 전원 장치.
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