KR20110006518A

KR20110006518A - 과전압보호회로

Info

Publication number: KR20110006518A
Application number: KR1020090064188A
Authority: KR
Inventors: 정강률; 유두희
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-01-20
Also published as: KR101079945B1

Abstract

본 발명의 과전압보호회로는, 직류전원공급부에서 공급되는 직류입력전압을 분압한 분압전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하고 그 비교 결과에 따라 과전압검출신호를 발생하는 과전압검출신호발생부; 상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 기억함과 아울러 상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 그대로 출력하는 플립플롭을 포함하는 래치구동부; 및 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 스위칭되어 상기 직류입력전압이 과전압으로 전원 타겟 회로부에 인가되는 것을 차단하는 스위칭부를 포함하여 구성함으로써 구현이 용이하고 제조비용이 적게 소요되는 효과가 있다.

과전압보호회로, 비교기, 과전압검출신호발생부, 플립플롭, 래치구동부, 스위칭부

Description

과전압보호회로{OVERVOLTAGE PROTECTION CIRCUIT}

본 발명은, 과전압보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시스템이나 소자의 전원입력단에 정격전압보다 높은 과전압이 인가되더라도 시스템이나 소자를 과전압으로부터 보호하도록 한 과전압보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구현이 용이하면서도 제조비용이 적게 소요되는 과전압보호회로에 관한 것이다.

일반적으로 전기전자장비들에 사용되는 직류전원공급장치(power supply)는 일정한 직류정격전압을 출력한다. 직류전원공급장치의 오작동으로 인하여 정격전압보다 높은 과전압이 출력될 경우 전기전자장비들의 시스템이나 소자들이 손상되거나 파괴되기 때문에 전기전자장비들에 과전압보호회로가 사용되고 있다.

종래의 과전압보호회로의 경우, 회로의 구조가 복잡하기 때문에 과전압보호회로의 구현이 용이하지 못할 뿐 아니라, 과전압보호회로의 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 그래서 전용 과전압보호회로소자가 이용되기도 한다. 전용 과전압보호회로소자의 경우, 회로의 구조가 간단하므로 과전압보호회로의 구현이 용이하나, 전용 과전압보호회로소자가 비싸기 때문에 과전압보호회로의 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 구현이 용이하면서도 제조비용이 적게 소요되는 과전압보호회로를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 과전압보호회로는, 직류전원공급부에서 공급되는 직류입력전압을 분압한 분압전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하고 그 비교 결과에 따라 과전압검출신호를 발생하는 과전압검출신호발생부; 상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 기억함과 아울러 상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 그대로 출력하는 플립플롭을 포함한 래치구동부; 및 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 스위칭되어 상기 직류입력전압이 과전압으로 전원 타겟 회로부에 인가되는 것을 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 과전압검출신호발생부는, 상기 분압전압을 형성하는 저항들; 상기 기준전압을 형성하는 제너다이오드; 및 상기 분압전압과 상기 기준전압을 비교하는 비교기를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 과전압통보신호를 상기 직류전원공급부, 전원 타겟 회로부, 및 상기 전원 타겟 회로부와 전기적으로 연결된 사용자 인터페이스부 측으로 통보하는 것이 가능하 다.

바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 스위칭되어 직류입력전압이 과전압으로 전원 타겟 회로부에 인가되는 것을 차단하는 전력반도체스위치를 포함하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 전력반도체스위치는 모스펫(MOSFET)인 것이 가능하다.

본 발명의 과전압보호회로는, 직류전원공급부에서 공급되는 직류전원을 분압한 분압전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하는 비교기와, 그 비교 결과에 따라 출력되는 과전압검출신호의 레벨상태를 기억하는 플립플롭과, 플립플롭의 출력신호에 의해 제어되어 과전압이 전원 타겟 회로부에 공급되는 것을 차단하는 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET) 등과 같은 전력반도체스위치를 포함하여 구성되므로 구현이 용이하고 제조비용이 적게 소요되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과전압보호회로를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 과전압보호회로가 적용된 전기전자장비시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 과전압보호회로가 적용된 전기전자장비시스템 은, 직류전원공급부(10), 과전압보호회로부(20), 전원 타겟 회로부(30), 및 사용자 인터페이스부(40)를 포함하여 구성된다.

여기서, 직류전원공급부(10)는, 교류전원, 예를 들어 220V 교류전원을, 전원 타겟 회로부(30)에 공급하기 위한 직류전원으로 변환하여 출력하는 장치이다.

과전압보호회로부(20)는, 래치(latch) 제어방식을 이용한 과전압보호회로부로서, 직류전원공급부(10)에서 공급 받은 직류전압이 정격전압보다 높은 과전압인지 여부를 검출하여 과전압이 전원 타겟 회로부(30)에 입력되는 것을 차단함으로써 전원 타겟 회로부(30)를 보호한다.

또한 과전압보호회로부(20)는, 과전압이 검출되었음을 통보하는 과전압통보신호(Sprotection)를, 직류전원공급부(10), 전원 타겟 회로부(30), 및 사용자 인터페이스부(40) 측으로 통보한다. 한편, 본 발명은, 직류전원공급부(10), 전원 타겟 회로부(30) 및 사용자 인터페이스부(40) 측에는 과전압통보신호(Sprotection)를 수신하기 위한 장치(미도시)가 미리 수반되어 있는 것을 전제로 하며, 과전압통보신호(Sprotection)를 수신할 때에 전원 타겟 회로부(30)는 동작을 정지하고, 사용자 인터페이스부(40) 역시 동작시키는 전체 회로를 정지시키도록 하며, 입력전원전압의 과전압으로 인한 고장상태를 점검하도록 표시하는 장치(미도시)가 미리 수반되어 있음을 전제로 한다.

전원 타겟 회로부(30)는, 전기전자장비시스템 본연의 기능을 행하기 위한 회로부로서, 예를 들어 시스템 보드(system board)로 구성될 수 있다.

사용자 인터페이스부(40)는, 전원 타겟 회로부(30)에 동작 명령을 전달하고, 과전압보호회로부(20)의 플립플롭(25)의 리셋단자(Reset)에 리셋(Reset)신호를 인가함으로써 과전압보호회로부(20)의 과전압보호 상태를 해지한다.

도 2는, 도 1에 도시된 과전압보호회로부(20)를 상세하게 나타낸 상세회로도이다.

도 2를 참조하면, 과전압보호회로부(20)는, 과전압검출신호발생부(22), 래치구동부(24), 및 스위칭부(26)를 포함하여 구성된다.

여기서, 과전압검출신호발생부(22)는, 도 1의 직류전원공급부(10)에서 공급받은 직류전압을 분압한 분압전압(Vdid)과 미리 정해진 기준전압(Vref)을 비교한 결과에 따라 과전압검출신호를 발생하는 회로로서, 저항(R1, R2, R3), 기준전압생성용 제너다이오드(Z1), 및 비교기(23)를 포함하여 구성된다.

즉, 과전압검출신호발생부(22)에서는, 저항(R1, R2)의 일단부가 과전압보호회로부(20)의 입력단(Vs) 노드에 접속되고, 저항(R2)의 타단부가 저항(R3)의 일단부와 비교기(23)의 비반전 단자(+)에 공동 접속되고, 저항(R3)의 타단부가 접지단 노드에 접속되고, 저항(R1)의 타단부가 기준전압생성용 제너다이오드(Z1)의 캐소드단자와, 비교기(23)의 반전 단자(-)에 공동 접속되고, 제너다이오드(Z1)의 애노드단자가 과전압보호회로부(20)의 접지단 노드에 접속된다.

따라서 도 1의 직류전원공급부(10)에서 공급받은, 입력단(Vs) 노드의 직류전압이 저항(R2, R3)에 의하여 분압됨으로써 저항(R2)과 저항(R3) 사이의 노드에 분압전압(Vdiv)이 생성된다. 저항(R1)과 제너다이오드(Z1)에 의하여 저항(R1)과 제너다이오드(Z1) 사이의 노드에 기준전압(Vref)이 생성된다. 비교기(23)는, 비반전 단 자(+)에 입력되는 분압전압(Vdiv)과, 반전 단자(-)에 입력되는 기준전압(Vref)을 비교하고, 분압전압(Vdiv)이 기준전압(Vref)보다 높으면 과전압검출신호를 발생하나, 분압전압(Vdiv)이 기준전압(Vref) 이하이면 과전압검출신호를 발생하지 않는다.

또한 래치구동부(24)는, 과전압검출신호발생부(22)로부터 입력받은 입력신호의 레벨 상태에 따라 스위칭부(26)의 스위칭을 제어하기 위한 구동펄스전압을 출력하고 아울러 입력신호의 레벨 상태를 기억하는 래치(latch)회로로서, 플립플롭(flip-flop)(25)을 포함하여 구성된다.

즉, 플립플롭(25)은, 클럭단자(CLK), 데이터단자(D) 및 출력단자(Q,

), 및 리셋단자(Reset)를 갖고 있다. 클럭단자(CLK)가 과전압검출신호발생부(22)의 비교기(23)의 출력단자에 접속되고, 데이터단자(D)가 플립플롭(25)의 구동전원단자(VDD)에 접속되고, 출력단자(Q)가 스위칭부(26)의 스위칭소자(27)의 게이트단자에 접속된다. 리셋단자(R)는 외부에서 별도로 리셋신호를 인가받는다. 한편, 구동전원단자(VDD)는, 외부에서 별도로 구동전원을 인가받을 수도 있고, 입력단(Vs)의 직류전압을 직접적으로 이용하는 것도 가능하다.

따라서 플립플롭(25)은, 클럭단자(CLK)를 통하여 비교기(23)로부터 출력된 신호를 입력하여 그 입력신호의 레벨상태를 그대로 출력단자(Q)에 출력함과 아울러 그 입력신호의 레벨상태를 기억한다.

또한 스위칭부(26)는, 도 1의 전원 타겟 회로부(30), 예를 들어 시스템 보 드에 과전압이 인가되는 것을 차단하도록 스위칭하며, 과전압검출통보신호(Sprotection)를 출력하는 회로로서, 저항(R4)과, 스위칭소자를 포함하여 구성된다. 스위칭소자로는, 예를 들어 전력반도체 스위칭소자, 바람직하게는 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET), 더욱 바람직하게는 n형 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)이 사용될 수 있다. 물론, 상기 소자와 같은 스위칭특성을 갖는 다른 전력반도체 스위칭소자도 사용 가능하다.

즉, 저항(R4)의 일단부가 입력단(Vs) 노드에 접속된다. 모스펫(MOSFET)(27)의 드레인(drain)단자가 저항(R4)의 타단부에 접속되고, 모스펫(MOSFET)(27)의 게이트(gate)단자가 플립플롭(25)의 출력단자(Q)에 접속되고, 모스펫(MOSFET)(27)의 소스(source)단자가 접지단 노드에 접속된다.

따라서 플립플롭(25)의 출력단자(Q)로부터 모스펫(27)의 게이트단자로 인가되는 신호의 레벨에 따라 모스펫(MOSFET)(27)이 턴온/턴오프됨으로써 직류전압공급부(10)로부터의 과전압이 전원 타겟 회로부(30)로 인가되는 것이 차단되므로 전원 타겟 회로부(30)의 소자가 과전압에 의한 손상이나 파괴로부터 보호될 수가 있다. 또한 직류전압공급부(10)로부터의 과전압이 과전압보호회로(20)에 인가될 때, 스위칭부(30)가 과전압검출통보신호(Sprotection)를 직류전원공급부(10), 전원 타겟 회로부(30), 및 사용자 인터페이스부(40) 측으로 통보한다.

도 3은 본 발명에 따른 과전압보호회로의 전체적인 동작을 나타내는 파형도이다. 설명의 편의상, 도 1, 도 2, 및 도 3을 연합하여 설명하기로 한다.

도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 과전압보호회로(20)가 적 용된 전기전자장비시스템에 있어서, 직류전원공급부(10)에 예를 들어 220V 교류전원이 입력되면, 직류전원공급부(10)가 220V 교류전원을, 전원 타겟 회로부(30)의 동작에 필요한 전압의 직류전원으로 변환하여 전원 타겟 회로부(30)에 공급한다.

과전압보호회로부(20)의 과전압검출신호발생부(22)에서는, 직류전원공급부(10)로부터 입력단(Vs) 노드에 인가된 전압을 저항(R2, R3)에 의해 분압함으로써 저항(R2)과 저항(R3) 사이의 노드에 분압전압(Vdiv)이 생성된다. 또한 저항(R1)과 제너다이오드(Z1)에 의해 저항(R1)과 제너다이오드(Z1) 사이의 노드에 기준전압(Vref)이 생성된다.

비교기(23)에서는, 비교기(23)의 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)에 각각 입력되는 분압전압(Vdiv)과 기준전압(Vref)의 크기를 비교한다.

이때, 입력단(Vs)에 정격전압이 인가되면, 분압전압(Vdiv)이 기준전압(Vref)보다 낮으므로 비교기(23)는, 예를 들어 로우레벨(LOW LEVEL)의 신호를 발생하여 출력하는 반면에 과전압검출신호, 예를 들어 하이레벨(HIGH LEVEL)의 신호를 발생하지 않는다.

비교기(23)로부터의 로우레벨의 신호가 래치구동부(24)의 플립플롭(25)의 클럭단자(CLK)에 인가되고, 구동전원단자(VDD)로부터의 하이레벨의 구동전원이 항상 플립플롭(25)의 데이터단자(D)에 입력되고, 리셋신호가 플립플롭(25)의 리셋단자(Reset)에 인가되지 않는 상태에서는, 플립플롭(25)이 동작하지 않는다. 그러므로 플립플롭(25)의 출력단자(Q)에서는 로우레벨의 출력신호가 스위칭부(26)의 스위칭소자, 예를 들어 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)의 구동펄스전압으로서 출 력된다.

따라서 플립플롭(25)의 출력단자(Q)로부터의 로우레벨의 신호가 스위칭부(26)의 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27), 바람직하게는 n형 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)의 게이트단자에 출력되므로 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)이 턴오프된다. 따라서 직류전원공급부(10)에서 공급된 정격전압이 전원 타겟 회로부(30)에 인가된다. 이때, 과전압검출통보신호(Sprotection)는 오프(OFF) 상태이므로 스위칭부(26)로부터 직류전원공급부(10), 전원 타겟 회로부(30), 및 사용자 인터페이스부(40) 측으로 과전압검출통보신호(Sprotection)가 통보되지 않는다.

반면에 입력단(Vs)에 정격전압보다 높은 과전압이 인가되면, 분압전압(Vdiv)이 기준전압(Vref)보다 높으므로 비교기(23)는, 예를 들어 과전압검출신호, 예를 들어 하이레벨의 과전압검출신호를 발생하여 출력한다.

비교기(23)로부터의 상승에지(Edge)의 하이레벨의 신호가 래치구동부(24)의 플립플롭(25)의 클럭단자(CLK)에 인가되기 시작하고, 구동전원단자(VDD)로부터의 하이레벨의 신호가 플립플롭(25)의 데이터단자(D)에 항상 입력되고, 리셋신호가 플립플롭(25)의 리셋단자(Reset)에 인가되지 않는 상태에서는, 플립플롭(25)이 동작하기 시작한다. 그러므로 데이터단자(D)에 입력된 하이레벨의 신호가 그대로 플립플롭(25)의 출력단자(Q)에서 출력된다.

따라서 플립플롭(25)의 출력단자(Q)로부터 출력되는 하이레벨의 출력신호가 스위칭부(26)의 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)을 제어하기 위한 구동펄스전 압으로서 스위칭부(26)의 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)의 게이트단자에 출력되므로 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)이 턴온된다. 따라서 직류전원공급부(10)에서 공급된 과전압이 전원 타겟 회로부(30)에 인가되지 못하고 차단된다. 이와 동시에, 과전압검출통보신호(Sprotection)는 온(ON) 상태이므로 스위칭부(26)로부터 직류전원공급부(10), 전원 타겟 회로부(30), 및 사용자 인터페이스부(40) 측으로 과전압검출통보신호(Sprotection)가 통보된다.

이후, 비교기(25)로부터의 하이레벨의 신호가 래치구동부(24)의 플립플롭(25)의 클럭단자(CLK)에 인가되고, 구동전원단자(VDD)로부터의 하이레벨의 구동전원이 항상 플립플롭(25)의 데이터단자(D)에 입력되고, 리셋신호가 플립플롭(25)의 리셋단자(Reset)에 인가되지 않는 상태에서, 분압전압(Vdiv)이 기준전압(Vref)보다 높지만 감소하기 시작하면, 비교기(23)로부터의 하이레벨의 신호가 계속 플립플롭(25)의 클럭단자(CLK)에 입력되지만 플립플롭(25)의 출력단자(Q)는 하이레벨 상태를 기억하면서 전력반도체스위치 모스펫(27)을 턴온 상태로 계속 구동하게 된다.

이후 입력전원의 모든 상태를 점검하고 정상 레벨의 직류전원이 입력되면, 비교기(23)로부터의 출력신호가 로우레벨이 되고, 사용자 인터페이스부(40)가 비로소 플립플롭(25)의 리셋단자(Reset)에 리셋신호를 인가하여 과전압보호 상태를 해지하고 스위칭부(26)의 과전압검출통보신호(Sprotection)도 오프(OFF) 상태, 즉 전체 시스템을 정상 상태로 복귀하게 한다. 이 후에는 처음 동작과 같은 상태가 반복된다.

즉 플립플롭(25)의 출력단자(Q)로부터 출력되는 로우레벨의 출력신호가 스위칭부(26)의 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)을 제어하기 위한 구동펄스전압으로서 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)의 게이트단자에 계속 출력되므로 전력반도체스위치 모스펫(MOSFET)(27)이 계속 턴오프된다. 따라서 스위칭부(26)에서는 더 이상 로우레벨의 과전압검출통보신호(Sprotection)를 출력하지 않는다.

한편, 본 발명은, 상기 언급된 바람직한 실시예의 과전압보호회로에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 3은, 본 발명에 따른 과전압보호회로의 전체적인 동작을 나타내는 파형도이다.

Claims

직류전원공급부에서 공급되는 직류입력전압을 분압한 분압전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하고 그 비교 결과에 따라 과전압검출신호를 발생하는 과전압검출신호발생부;

상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 기억함과 아울러 상기 과전압검출신호발생부에서 출력된 출력신호의 레벨상태를 그대로 출력하는 플립플롭을 포함한 래치구동부; 및

상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 스위칭되어 상기 직류입력전압이 과전압으로 전원 타겟 회로부에 인가되는 것을 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압보호회로.
제1항에 있어서, 상기 과전압검출신호발생부는,

상기 분압전압을 형성하는 저항들;

상기 기준전압을 형성하는 제너다이오드; 및

상기 분압전압과 상기 기준전압을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압보호회로.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 과전압통보신호를 상기 직류전원공급부, 전원 타겟 회로부, 및 상기 전원 타겟 회로부와 전기적으로 연결된 사용자 인터페이스부 측으로 통보하는 것을 특징으로 하는 과전압보호회로.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 래치구동부의 출력신호의 레벨상태에 따라 스위칭되어 직류입력전압이 과전압으로 전원 타겟 회로부에 인가되는 것을 차단하는 전력반도체스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압보호회로.
제4항에 있어서, 상기 전력반도체스위치는 모스펫(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 과전압보호회로.