KR20110024323A

KR20110024323A - 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템

Info

Publication number: KR20110024323A
Application number: KR1020090082263A
Authority: KR
Inventors: 양석우
Original assignee: (주)아모스텍
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-09
Also published as: KR101072263B1

Abstract

본 발명은 여러 단계의 전류 전압의 수정 단계를 거쳐 정격 출력을 발생시킬 수 있고 별도의 전원 공급 시스템의 추가가 가능 한 병렬 연결되는 출력 유니트를 구비하므로 출력 증대를 가능하게 한 스위칭 모드 전원 공급 시스템에 관 한 것으로, AC 입력 전원을 DC 정류하는 A/D 컨버터와; 초기 구동 시 A/D 컨버터에 최초 전원이 인가되는 동발 전류를 차단하고 이후 A/D 컨버터의 입력 전압에 따라 PFC 출력 전압을 선택하고 입력 전원의 전류가 허용 전류보다 큰 경우 전원을 차단하며 출력 전압을 설정된 일정한 전압으로 유지시키고 자체 제어되는 주파수 변화에 따라 A/D 컨버터의 전류량을 제어하는 PFC 유니트와; A/D컨버터로부터 역율 조정되어 입력되는 DC전원을 순방향으로 강압시키는 D/A 트랜스포머와; D/A 트랜스포머의 일차 측에 연결되어 누설 용량성 스파이크(Spike)전압을 제거하고 PWM 제어신호를 발생시켜 과전류를 차단하여 D/A 트랜스포머를 보호하는 PWM 유니트와; D/A 트랜스포머로부터 AC전원을 DC전원으로 변환하는 A/D 컨버터로부터의 출력을 과전압을 차단하고 시스템의 설정 온도 이상이면 팬을 구동시켜 시스템의 발열을 억제하며 출력 전압을 모니터링하여 A/D 컨버터의 입력과 출력을 제어하고 출력 전원에서 설정 전류 이상의 전류를 흐를 수 없도록 제한하는 동시에 출력 단자의 출력을 병렬로 연결할 때 전원을 증가시킬 수 있게 한 출력 유니트로 구성된다.

스위칭, 전원공급, A/D 컨버터, D/A 트랜스포머, PFC, PWM, A/D 컨버터

Description

출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템 {Output Enhancible Switching Mode Power Supply System}

본 발명은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: 이후 PWM이라 통칭함) 제어되는 스위칭 모드 전원 장치에 관한 것으로, 특히 안정적 정격 출력을 발생시켜 여러 대를 결합하여도 동일 배수의 전원 출력을 발생시킬 수 있는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템에 관한 것이다.

종래의 스위칭 모드 전원 장치는 대표적인 것으로 한국 특허 제10-468893호가 개시되어 있으며, 이 특허에는 교류 입력 전원에 대하여 정류 다이오드 및 콘덴서에 의하여 입력 전압을 정류하는 입력 정류부와, 펄스 신호의 한 주기에 따라 제어 값을 조절하는 펄스 폭 변조부와, 상기 펄스 폭 변조부의 제어 값에 따라 전원을 온오프 해주는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 온오프에 따라 이차 측으로 출력 전압을 각각 유기 시키는 트랜스부와, 상기 트랜스부의 이차 측에 유기된 전압을 제어해주는 제어 전원부와, 상기 제어 전원부로부터 전원을 공급받아 동작을 하며, 외부 입력 신호를 수신하는 수신부를 포함하여, 상기 외부 입력 신호에 따라 출력 신호를 송신하는 제어부와, 상기 제어부에서 송신한 출력 신호가 로우 신호일 경우 출력 신호를 수신하여 정류하는 제1 피트백부와, 상기 제어부에서 송신한 출력 신호가 하이인 경우 출력 신호를 수신하여 정류하는 제2 피드백부와, 상기 제1 피드백부 또는 제2 피드백부에서 정류된 전압을 출력해주는 출력 정류부로 구성된다.

이 장치는 트랜스 내에서 전압을 변경하는데 있어서 외부에서 출력 전압 값을 제어하여 출력 전압의 범위를 넓히고 트랜스의 출력을 간소화시켜 그 제어가 용이하게 한다는데 그 장점이 있다.

그러나 이 스위칭 전원 공급 장치는 출력 전압을 제어하는 것 이외에는 시스템의 전반에 걸쳐 발생되는 에러에 대한 보정을 하고 안정화시키는 기술 내용이 결여되어 있으며 시스템의 부품에 근거한 전압 변동의 차가 존재하여 시스템 에러가 발생하곤 하므로 출력 전원의 증대를 기대하는 시스템에 적용을 기대할 수 없다.

따라서, 전원의 증대를 기대하기 위하여서는 결합하고자 하는 여러 단일 전원 장치들의 전기적 속성이 1:1로 정확히 대응되지 않으면 안 된다는데 착안하여 정격 출력이 가능한 전원 공급 장치를 제공한다면 매우 바람직함을 알 수 있다.

본 발명의 목적은 안정적인 정격 출력을 발생시켜 여러 대를 결합하여도 동일 배수의 전원 출력을 발생시킬 수 있는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 여러 단계의 전류 전압의 수정 단계를 거쳐 정격 출력을 발생시킬 수 있도록 하고 별도의 전원 공급 시스템의 추가가 가능 한 병렬 연결되는 출력 유니트를 구비하므로 결합 되는 전원의 해당 배수의 출력 증대를 가능하게 한 스위칭 모드 전원 공급 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템은 AC(Alternative Current: 교류의 의미이나 AC로 통칭함) 입력 전원을 DC(Direct Current: 직류의 의미이나 DC로 통칭함) 정류하는 A/D 컨버터와 초기 구동 시 A/D 컨버터에 최초 전원이 인가되는 동발 전류를 차단하고 이후 이 후 지속적인 작동을 유도하는 안전 저속 시동부와 A/D 컨버터의 입력 전압에 따라 PFC(Power Factor Correction: 역율 교정의 의미이나 이후 PFC라 통칭 함) 출력 전압을 선택하게 하는 PFC 출력 전압 선택 구동부, A/D 컨버터로부터 출력에 따라 구동하여 입력 전원의 전류가 허용 전류보다 큰 경우 전원을 차단하는 과전류 제한 보호부, 출력 전압을 설정된 일정한 전압으로 유지시키는 PFC 정 전압부와 PFC 구 동부를 제어하여 자체 제어되는 주파수 변화에 따라 A/D 컨버터의 전류량을 제어하는 PFC 제어부 들로 구성되는 PFC 유니트와 A/D컨버터로부터 역율 조정되어 입력되는 DC전원을 PWM 유니트로부터 제어신호에 따라 제어되어 순방향으로 강압시키는 D/A 트랜스포머와 D/A 트랜스포머의 일차 측에 연결되어 누설 용량성 스파이크(Spike)전압을 제거하는 스너버(Snubber), PWM 제어부로부터 제어신호에 따라 구동하여 D/A 트랜스포머의 출력 전원을 제어하는 PWM 구동부, 과전류를 차단하여 D/A 트랜스포머를 보호하는 과전류를 제어하는 과전류 제한부와 자체 발진기의 주파수에 따른 듀티 싸이클을 가진 제어신호를 발생시키는 PWM제어부로 구성되는 PWM 유니트와 D/A 트랜스포머로부터 AC전원을 DC전원으로 변환하는 A/D 컨버터와 A/D 컨버터로부터의 출력을 과전압을 차단하는 과전압 보호부, 시스템의 설정 온도 이상이면 팬을 구동시켜주는 팬 구동부, 출력 전압을 모니터링하여 포터 커플러를 제어하므로 입력과 출력을 제어하는 출력 전압 보상부, 출력 전원에서 설정 전류 이상의 전류를 흐를 수 없도록 제한하는 최대 전류 제한부와 출력 단자의 출력을 병렬로 연결할 때 전원을 증가시킬 수 있게 한 추가 전원 구동부들로 구성되게 출력부들로 이루어진 출력 유니트로 구성된다.

본 발명은 전원의 증대를 기대하기 위하여 결합하고자 하는 여러 단일 전원 장치들의 전기적 속성이 서로 정확히 대응되도록 단일 전원이 여러 단계의 전류 전압의 수정 단계를 거쳐 정격 출력을 발생시킬 수 있도록 하고 별도의 전원 공급 시 스템의 추가가 가능 한 병렬 연결되게 하여 다수 전원의 해당 배수의 출력 증대를 가능하게 한다.

본 발명을 첨부 도면에 근거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

도1 및 도2에 도시와 같이, 본 발명에 따른 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템은 AC 입력단(1)으로부터 입력되는 전원이 먼저 EMI(Electromagnetic Interference: 전자기 간섭의 의미임) 필터로 구성되는 공통 잡음 필터부(2)에 인가되고, 이를 경유한 후 또 한번의 차동 잡음을 필터링 되게 하는 정상 잡음 필터부(3)를 경유하며, 이 필터링 된 최초 전원에서 동발 전류는 안전 저속 시동부(7)에 의하여 차단되고 이 후 계속 인가되는 전원이 A/D 컨버터(4)에 인가되도록 한다. A/D 컨버터(4)는 풀브릿지 정류 다이오드 들로 구성되어 입력 AC 전원을 DC 전원으로 변환한다.

여기서, 안전 저속 시동부(7)는 정상 잡음 필터부(3)로부터 전원이 콘덴서(C1), 저항(R1)을 경유하고 제너다이오드(Z1)에 의하여 정격 전원으로 되고 코일(L1)에서 필터링 되어 트라이악(T1)을 작동시키므로 이후 인가되는 전원이 A/D 컨버터(4)에 인가되게 한다.

또한, 이 A/D컨버터(4)로부터 출력은 역률 조정하는 PFC유니트(30)에 의하여 달성된다. PFC 유니트(30)는 PFC제어부(11)를 구비하며 그에 연결된 PFC 출력 전압 선택 구동부(16)로부터의 전압에 근거하여 PFC구동부(5)를 제어하여 시스템의 역율 을 조정하게 된다.

즉, PFC 출력 전압 선택 구동부(16)는 입력 전압을 검사하여 PFC 출력 전압을 선택하게 하는데 이를 위하여 병렬 연결 된 저항(R2) 및 (R3)을 경유하여 제너다이오드(Z2)에 인가되고 제너다이오드(Z2)의 출력이 FET(F1)의 소스 단자에 연결되므로 PFC제어부(11)가 작동되게 한다. 미 설명된 캐패시터(C2)는 제너다이오드(Z2)의 전단에 병렬 연결되고 저항(R4)은 제너다이오드(Z2)의 후단에 병렬 연결된다.

PFC 유니트(30)는 더하여 과전류 제한 보호부(12)와 PFC 정 전압부(17)를 구비하여 PFC 구동부(5)가 시스템 고장으로 허용 전류 이상 더 많은 전류를 사용하고 있음을 검출하였을 때 전원을 차단하고 출력 전압을 일정하게 유지시킨다. 과전류 제한 보호부(12)는 병렬 접속된 저항(R5)와 (R6)을 구비하며, PFC 정 전압부(17)는 분압 저항(R7)와 (R8)들에 의하여 일정 전압이 되도록 분압 한다.

PFC 구동부(5)로부터 출력 전원은 D/A트랜스포머(8)에 인가된다. D/A 트랜스포머(8)는 도시되지 않았지만 하나 이상의 1차 측 코일부와 전압 강하가 가능한 2차 측 코일부로 되는 순방향 전압 강하 형의 D/A컨버터로 기능한다. 이 D/A 트랜스포머(8)는 그의 입력부에 누설 용량성 스파이크 전압을 제거하는 스너버(6)가 설치된다.

이 스너버(6)는 D/A 트랜스포머(8)의 일차 측에 위치되어 제너다이오드(Z3)와 콘덴서(C3)의 직렬 연결부와 이 직렬 연결부와 병렬로 되는 저항(R9)과 콘덴서(C4)로 구성되고, 상단 일차 측 코일에는 저항(R9)과 콘덴서(C4)가 연결되고 하단 일차 측 코일에는 제너다이오드(Z3)와 콘덴서(C3) 사이의 탭에 일단이 연결되고 다른 단은 접지된다.

D/A 컨버터(8)는 입출력 전원의 안정성을 확보하도록 PWM 유니트(40)와 협동한다. PWM 유니트(40)는 발진기(18)로부터 펄스 신호에 따라 D/A 트랜스포머(8)의 듀티 싸이클의 제어신호를 발생시킨다.

더하여, PWM 유니트(40)는 발진기(18)를 구비하여 일정 듀티 싸이클의 제어신호를 발생시키는 PWM 제어부(19), PWM 제어부(19)로부터 제어신호에 따라 구동하여 D/A 트랜스포머(8)의 작동을 제어하는 PWM FET 구동부(13)와 설정 전류보다 더 많은 전류가 흐르면 PWM 제어부(19)에 대한 전류를 차단하는 과전류 제한부(20)로 구성된다. 과전류 제한부(20)는 PWM FET구동부(13)의 출력을 감지하는 저항(R9)과 이 저항(R9)이 접속된 중간 탭을 갖는 저항(R10)과 콘덴서(C5)로 구성된다.

한편, D/A 트랜스포머(8)로부터 출력 전원은 A/D 컨버터(9)에 인가되며 A/D 컨버터(9)는 다수의 스위칭 반도체로 구성되는 풀브릿지 컨버터로 구성된다. 이 A/D 컨버터(9)는 출력 유니트(50)에 결합 되어 안정된 출력을 가능하게 한다.

출력 유니트(50)는 출력부(10)를 구비하며 이 출력부(10)는 하나 이상의 출력 단(OUT1)과 (OUT2)과 시스템의 작동 상태를 나타내는 발광 다이오드(LED)를 구비한다. 이 출력 유니트(50)에서 과전압 보호부(14)는 서로 반대 극성으로 연결된 제너다이오드(Z5)와 (Z6)로 구성되고 이들 소자가 트라이악 구동부(22)의 발광 소자 사이의 탭에 과전압 보호부(14)가 연결되어 출력부(10)에서의 과전압을 검출하는 동시에 고온 보호부(21)도 설정 온도 이상이 될 경우 신호를 발생하여 트라이악 구동부(22)을 작동시키고 시스템 에러 신호를 발생시켜 PWM 제어부(19)에 인가하여 출력을 보정 하도록 한다.

팬 제어부(15)는 출력단에 접속되는 트랜스부(27)를 구비하며 도시되지 않은 자체 온도 감지 소자의 작동에 따라 트랜스부(27)를 경유하여 발생 되는 전원으로 도시되지 않은 팬을 구동시켜 시스템 PCB의 발열을 억제한다.

출력부(10)는 또한 그의 단자에 본 발명의 시스템과 동일한 별도의 전원 공급 시스템을 설치하도록 하는 출력 전압 보상 회로(24), 최대 전류 제한부(25)와 추가 전원 구동부(26)가 설치된다. 최대 전류 제한부(25)는 출력부(10)와 A/D 컨버터(9)사이에 설치되어 설정 전류 이상을 흐를 수 없도록 병렬 접속된 저항(R11)과 (R12)을 구비한다.

출력 전압 보상부(24)는 제1 비교기(A1)를 구비하여 이 제1 비교기(A1)의 저 레벨 단자가 접지되고 고 레벨 단자가 직렬 연결된 분압 저항(R13)과 (R14)의 중간 탭에 연결되어 출력부(10)의 출력 전압을 모니터링 하여 출력 이상을 검출하는 작동을 한다.

최대 전류 제한부(25)는 출력부(10)의 입력 접지 측에 두 개의 저항을 병렬로 접속하여 출력 전류가 설정 값 이상 흐르지 못하게 하며 설정 값 이상에서는 출력 전압을 다운시키도록 추가 전원 구동부(26)와 협동한다.

추가 전원 구동부(26)는 제2 비교기(A2)를 구비하며, 저 레벨 단자가 저항(R15)에 의하여 출력부(10)의 접지부에 접속되고 고 레벨 단자에는 병렬 접속된 저항(R16)및 (R17)에 의하여 출력부(10)의 전원에 연결되어 출력부(10)의 출력 의 전압을 일정 전압으로 유지시킨다.

한편, 출력 전압 보상부(24)와 최대 전류 제한부(25)들은 출력부(10)의 이상 전압 및 전류를 모니터링 하여 포토 커플러 발광부(23-1)가 작동 되게 하고 포토 커플러(23)를 작동시켜 PWM 제어부(19)가 출력부(10)의 출력 전압의 오차를 보정 하도록 한다.

그러므로, 본 발명은 여러 단계에 걸쳐 출력 전원 모니터링 하여 교정하고 정격 출력을 유지하도록 하며 추가의 전원 공급 시스템의 접속에 따른 전원 출력을 상호 보완하도록 하고 있음을 알 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시한 블록 선도이고,

도2는 본 발명에 따른 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템의 일부는 블록으로 표시하고 일부는 상세 회로도로 표시한 도면이다.

<주요 도면 부호의 간단한 설명>

100: 전원 공급 시스템 1: AC 입력단

2, 3: 잡음 필터부 4: A/D 컨버터

7: 안전 저속 시동부 30: PFC 유니트

40: PWM 유니트 8: D/A 트랜스포머

9: A/D 컨버터 50: 출력 유니트

Claims

출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템에 있어서,

입력 전원을 DC(Direct Current: 직류의 의미이나 DC로통칭함) 정류하는 A/D 컨버터와

초기 구동 시 A/D 컨버터에 최초 전원이 인가되는 동발 전류를 차단하고 이후 이 후 지속적인 작동을 유도하는 안전 저속 시동부와

A/D 컨버터의 입력 전압에 따라 PFC 출력 전압을 선택하게 하는 PFC 출력 전압 선택 구동부, A/D 컨버터로부터 출력에 따라 구동하여 입력 전원의 전류가 허용 전류보다 큰 경우 전원을 차단하는 과전류 제한 보호부, 출력 전압을 설정된 일정한 전압으로 유지시키는 PFC 정 전압부와 PFC 구동부를 제어하여 자체 제어되는 주파수 변화에 따라 A/D 컨버터의 전류량을 제어하는 PFC 제어부 들로 구성되는 PFC 유니트와

A/D컨버터로부터 역율 조정되어 입력되는 DC전원을 PWM 유니트로부터 제어신호에 따라 제어되어 순방향으로 강압시키는 D/A 트랜스포머와

D/A 트랜스포머의 일차 측에 연결되어 누설 용량성 스파이크(Spike)전압을 제거하는 스너버, PWM 제어부로부터 제어신호에 따라 구동하여 D/A 트랜스포머의 출력 전원을 제어하는 PWM 구동부, 과전류를 차단하여 D/A 트랜스포머를 보호하는 과전류를 제어하는 과전류 제한부와 자체 발진기의 주파수에 따른 듀티 싸이클을 가진 제어신호를 발생시키는 PWM제어부로 구성되는 PWM 유니트와

D/A 트랜스포머로부터 AC전원을 DC전원으로 변환하는 A/D 컨버터와 A/D 컨버터로부터의 출력을 과전압을 차단하는 과전압 보호부, 시스템의 설정 온도 이상이면 팬을 구동시켜주는 팬 구동부, 출력 전압을 모니터링하여 포터 커플러를 제어하므로 입력과 출력을 제어하는 출력 전압 보상부, 출력 전원에서 설정 전류 이상의 전류를 흐를 수 없도록 제한하는 최대 전류 제한부와 출력 단자의 출력을 병렬로 연결할 때 전원을 증가시킬 수 있게 한 추가 전원 구동부들로 구성되게 출력부들로 이루어진 출력 유니트로 구성 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

안전 저속 시동부가 시스템에 전원 투입에 따라 전원이 콘덴서 및 저항을 경유하고 제너다이오드에 의하여 정격 전압으로 되게 하여 트라이악을 작동시키므로 이후 인가되는 초기 전원이 차단 되게 하고 이 후 전원이 A/D 컨버터에 인가되게 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

PFC 출력 전압 선택 구동부가 입력 전압을 병렬 연결된 저항들을 경유하여 제너다이오드에 인가되고 제너다이오드의 출력이 FET의 소스 단자에 연결되므로 PFC 제어부에 선택 전압이 인가되게 하는 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

과전류 제한 보호부가 병렬 접속된 저항들이 PFC 구동부로부터 과전류를 차단하고 PFC 정 전압부는 분압 직렬 연결된 저항들에 의하여 일정 전압이 되도록 분압 된 전압을 PFC 제어부에 인가하는 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

스너버가 제너다이오드와 콘덴서의 직렬 연결부와 이 직렬 연결부와 병렬로 되는 저항과 콘덴서로 구성되고, D/A 트랜스포머의 상단 일차 측 코일과 하단 일차 측 코일에 연결되는 구성으로 되어 일차 측 코일의 누설 용량을 제거하는 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

과전류 제한부가 PWM FET구동부의 출력을 감지하는 저항과 이 저항이 접속된 중간 탭을 갖는 직렬 연결된 또 다른 저항과 콘덴서로 구성되게 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

과전압 보호부가 서로 반대 극성으로 연결된 제너다이오드들로 구성되고 이들 소자가 트라이악 구동부의 발광 소자 사이의 탭에 연결되어 출력부에서의 과 전압을 모니터링 하게 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

과전압 보호부가 서로 반대 극성으로 연결된 제너다이오드들로 구성되고 이들 소자가 트라이악 구동부의 발광 소자 사이의 탭에 연결되어 출력부에서의 과 전압을 검출하고, 고온 보호부가 설정 온도 이상이 될 경우 신호를 발생하여 트라이악 구동부를 작동시키고 시스템 에러 신호를 발생시켜 PWM 제어부에 인가하여 출력을 보정 하도록 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

팬 제어부가 출력단에 접속되는 트랜스부를 구비하며 자체 온도 감지 소자의 작동에 따라 트랜스부를 경유하여 발생 되는 전원으로 팬을 구동시켜 시스템 PCB의 발열을 억제하게 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.
제1항에 있어서,

최대 전류 제한부가 출력부와 A/D 컨버터 사이에 설치되어 설정 전류 이상을 흐를 수 없도록 병렬 접속된 저항들을 구비하고, 출력 전압 보상부가 제1 비교기를 구비하여 출력부의 출력 전압을 모니터링 하여 출력 이상을 검출하는 작동을 하고, 최대 전류 제한부는 출력부의 입력 접지 측에 두 개의 저항을 병렬로 접속하여 출력 전류가 설정 값 이상 흐르지 못하게 하며 설정 값 이상에서는 출력 전압을 다운시키도록 추가 전원 구동부와 협동하며, 추가 전원 구동부가 제2 비교기를 구비하여 출력부의 출력의 전압을 일정 전압으로 유지시키게 한 것을 특징으로 하는 출력 증대 가능한 스위칭 모드 전원 공급 시스템.