KR20120064383A - 대기전력 절감 ｓｍｐｓ - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기전력 절감 SMPS에 관한 것으로, 1차 측은 주전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 주변압기, 1차 측은 주전원에서 분기된 보조전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 보조변압기, 상기 보조변압기의 2차 측에 연결된 출력단자 중 하나의 출력단자의 출력 값에 따라 단락 또는 개방되는 제1스위칭부, 상기 제1스위칭부에 연결되며, 상기 제1스위칭부의 단락 또는 개방에 따라 흐르는 전류가 가변되는 제1포토커플러, 상기 제1포토커플러의 출력 전류에 따라 상기 주변압기의 1차 측에 흐르는 전류의 온/오프 듀티를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation)스위칭부, SMPS의 동작 모드에 따라 제어신호를 송출하는 마이컴, 상기 주변압기의 2차 측의 일단에 접속되어 마이컴의 제어신호에 따라 상기 주변압기의 2차 측에 흐르는 전류를 단속하는 전원제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 대기전력 절감 SMPS에 따르면, 직류출력단의 모든 단자가 아닌 하나의 단자만을 비교하여 주변압기의 온/오프를 제어할 뿐만 아니라, 시스템이 서스펜드 또는 오프 상태일 때는 주변압기를 오프하도록 스위칭함으로써 대기 전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

대기전력 절감 ＳＭＰＳ{Switching Mode Power Supply Saving Standby-Power}
본 발명은 대기전력 절감 SMPS에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기상태(standby mode)에서 전력소모를 최소화할 수 있는 대기전력 절감 SMPS에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 직류 전압을 출력하기 위하여 전자제품에 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 사용된다. 예를 들어, DVD, 셋톱박스에 사용되는 다출력 SMPS의 경우, CPU 등의 메인 전원으로 사용되는 3.3V, 5V 또는 12V 직류전압과, HVPS(High Voltage Power Supply)나 안테나에 사용되는 23V 직류 전압을 출력할 수 있다.
SMPS를 사용하면 스위칭 소자가 스위칭 모드로 동작하여 전력손실이 적고, 고주파 전원변압기를 사용하기 때문에 소형경량이므로 전체 효율이 높다.
도 1은 종래의 기술에 따른 SMPS의 회로도를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 SMPS는, 정류부(10), 제1제어부(20), 제2제어부(30), 제1변압기(40), 제2변압기(50), 제1정류/평활부(60), 제2정류/평활부(70), 제1출력신호감시/전달부(80), 제2출력신호감시/전달부(90)을 포함한다.
정류부(10)는 외부로부터 입력되는 교류전원을 브릿지 다이오드(BD1)와 콘덴서 C1을 사용하여 정류한다. 정류부(10)에서 정류된 전압은 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)의 1차측 코일에 각각 인가되고, 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)는 각각 1차측 코일과 2차측 코일의 상호작용에 의해, 2차측 코일에 전압을 유기한다. 이때, 제1제어부(20)는 제1변압기(40)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 제1변압기(40)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어한다. 마찬가지로, 제2제어부(30)는 제2변압기(50)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 제2변압기(50)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어한다. 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)의 2차측 코일에 유기된 전압은 각각 제1정류/평활부(60) 및 제2정류/평활부(70)에서 정류 및 평활되어, 각각 V1 및 V2의 직류전압이 출력된다.
제1제어부(20) 및 제2제어부(30)에 포함된 제1PWM소자(IC1) 및 제2PWM소자(IC2)는 내부에 증폭기, 비교기, 발진기, PWM 비교기, 트랜지스터 등이 하나의 모듈로 집적화된 것이다. 제1PWM소자(IC1) 및 제2PWM소자(IC2)는, 각각 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)의 1차측 코일의 일단에 접속되며, 온/오프(ON/OFF) 스위칭에 의해 각각 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)에 흐르는 전류를 단속함으로써, 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)의 2차측 코일에 유기되는 전압의 온/오프를 각각 제어한다.
제1PWM소자(IC1) 및 제2PWM소자(IC2)는 온/오프 듀티(duty)를 제어함으로써 출력전압을 조절할 수 있으며, 제1PWM소자(IC1) 및 제2PWM소자(IC2)는 각각 제1변압기(40) 및 제2변압기(50)의 보조권선을 통해 흐르는 전류를 정류 및 평활하여 각각 동작전원으로 사용한다.
제1출력신호감시/전달부(80)에 포함된 저항 R2 및 R3는 출력전압 V1을 그 저항값의 비로 분배하며, 이 분배된 전압 값은 제1 션트 IC(Shunt IC, D4)의 내부 전압 값과의 비교에 의하여 제1 션트 IC가 단락되거나 개방된다. 제1 션트 IC의 단락 또는 개방으로 제1출력신호감시/전달부(80)의 포토커플러(Photo Coupler, IC3)에 전류가 흐르게 되면 제1PWM소자(IC1)에 피드백(Feedback) 신호를 보내게 되고, 제1PWM소자(IC1)는 온/오프 듀티(duty)를 제어함으로써 출력전압을 조절한다. 제2출력신호감시/전달부(90)도 동일한 방식으로 제2PWM소자(IC2)의 온/오프 듀티를 제어한다.
한편, 종래의 기술과 같이 제1출력신호감시/전달부(80) 및 제2출력신호감시/전달부(90)의 출력단의 전압을 모두 비교기로 비교하여, 온/오프 듀티를 제어하면 불필요한 대기전력(Standby power)의 소모가 증가되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, SMPS의 출력단자 중 하나에만 비교기를 구비할 뿐만 아니라, 서스펜드 모드 또는 오프 모드시 최소 전력을 가동하여 대기전력 절감 직류출력단의 모든 단자가 아닌 하나의 단자만을 비교하여 주변압기(300)의 온/오프를 제어할 뿐만 아니라, 시스템이 서스펜드 또는 오프 상태일 때는 불필요한 전력을 차단하기 위하여 주변압기(300)를 오프하도록 스위칭함으로써 대기 전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 대기전력 절감 SMPS는, 1차 측은 주전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 주변압기, 1차 측은 주전원에서 분기된 보조전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 보조변압기, 상기 보조변압기의 2차 측에 연결된 출력단자 중 하나의 출력단자의 출력 값에 따라 단락 또는 개방되는 제1스위칭부, 상기 제1스위칭부에 연결되며, 상기 제1스위칭부의 단락 또는 개방에 따라 흐르는 전류가 가변되는 제1포토커플러, 상기 제1포토커플러의 출력 전류에 따라 상기 주변압기의 1차 측에 흐르는 전류의 온/오프 듀티를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation)스위칭부, SMPS의 동작 모드에 따라 제어신호를 송출하는 마이컴, 상기 주변압기의 2차 측의 일단에 접속되어 마이컴의 제어신호에 따라 상기 주변압기의 2차 측에 흐르는 전류를 단속하는 전원제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원제어부는, 마이컴의 제어 신호를 입력받아 전기적으로 절연된 상태로 전달하는 제2포토커플러, 상기 제2포토커플러의 출력신호에 따라 상기 주변압기의 제2차측의 전류를 단속시키는 제1트랜지스터를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PWM스위칭부는, 상기 제1포토커플러로부터 출력된 전류에 따라 온/오프 듀티신호를 출력하는 PWM소자, 상기 PWM소자에서 출력되는 온/오프 듀티신호에 따라 제1변압기의 1차 측에 흐르는 전류를 도통 또는 차단시키는 제2트랜지스터를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대기전력 절감 SMPS에 의하면, 직류출력단의 모든 단자가 아닌 하나의 단자만을 비교하여 주변압기의 온/오프를 제어할 뿐만 아니라, 시스템이 서스펜드 또는 오프 상태일 때는 주변압기를 오프하도록 스위칭함으로써 대기 전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 SMPS의 회로도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 대기전력 절감 SMPS의 일 실시예에 대한 회로도를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 대기전력 절감 SMPS의 일 실시예를 도 2를 참조하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 대기전력 절감 SMPS의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 대기전력 절감 SMPS는 정류부(100), PWM제어부(200), 주변압기(300), 보조변압기(400), 정류/평활부(500), 출력신호감시/전달부(600), 전원제어부(700), 스위칭부(800), 직류출력단(900)을 포함한다. 한편, 본 발명에 따른 대기전력 절감 SMPS는 하나의 변압기를 사용하나 설명의 편의를 위하여 주변압기(300)와 보조변압기(400)의 두 부분으로 구분하여 설명한다.
정류부(100)는 외부로부터 입력되는 교류전원(AC)을 브릿지 다이오드(BD11)와 충전용 콘덴서 C11을 사용하여 정류한다. 정류부(100)에서 정류된 전압은 주변압기(300) 및 보조변압기(400)의 1차측 코일에 각각 인가되고, 주변압기(300) 및 보조변압기(400)는 각각 1차측 코일과 2차측 코일의 상호작용에 의해, 2차측 코일에 전압을 유기한다. 정류부(100)의 전단에 바리스터(VZ1)을 구비하여 과전압이 유입되면 접지시켜 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 바리스터(VZ1)의 과열방지를 위하여 온도퓨즈(F1)을 더 구비할 수도 있다. 또한, 상기 정류부(100)의 후단에는 제너 다이오드(D11)과 다이오드(D12)로 구성된 정전압 유지부(100')을 더 구비하여 주변압기(300)의 1차 측에 정전압을 인가하도록 할 수 있다.
주변압기(300)의 2차측 코일에 유기된 전압은 정류/평활부(500)에 포함된 다이오드(D14, D15, D16, D17, D18) 및 콘덴서 (C12, C13, C14, C15, C16)를 거쳐 정류 및 평활함으로써 직류출력단(900)을 통하여 다수의 직류전압을 출력한다. 본 발명의 실시예에서는 직류출력단(900)에서 23V, 12V, 5V, 3.3V의 직류가 출력되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 당업자의 통상 창작 범위에서 확장 또는 변경될 수 있음은 물론이다. 또한, 당업자의 필요에 따라 직류출력단(900)의 전단에 공지의 저역통과필터(910, LPF; Low Pass Filter)을 더 구비하여 고주파 잡음 발생을 방지할 수 있다.
PWM제어부(200)는 PWM소자(IC11) 및 제1트랜지스터(TR11)를 포함한다. PWM소자(IC11)는 PWM 스위칭 펄스를 발생시켜 제1트랜지스터(TR11)의 게이트 단자 측에 전달한다. 제1트랜지스터(TR11)는 주변압기(300)의 1차측 코일의 일단에 접속하되 상기 PWM소자(IC11)의 스위칭 펄스에 따라 온/오프(ON/OFF) 스위칭하여 주변압기(300)의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 주변압기(300)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어한다. 또한, 다이오드 D13, 저항 R11, 및 콘덴서 C17은 주변압기(300)의 보조권선을 통해 흐르는 전류를 정류 및 평활하여 PWM소자(IC11)에 동작전원을 공급한다.
출력신호감시/전달부(600)에서, 저항 R12 및 R13은 출력전압 5.0V를 저항값의 비로 분압하며, 이 분압된 전압 값과 비교기로 사용되는 션트 IC(Shunt IC, D19)의 기준 전압 값이 비교되어 비교 결과에 따라 션트 IC(D19)는 개방 또는 단락의 특성을 가지게 된다. 션트 IC(D19)는 개방 또는 단락 특성에 따라 제1포토커플러(IC12)가 구동되어 상기 PWM제어부(200)의 PWM소자(IC11)에 피드백(Feedback) 신호를 보내게 되고, 피드백 신호를 받은 PWM소자(IC11)는 온/오프 듀티(duty)를 제어함으로써, 주변압기(300)의 2차측에 연결된 직류출력단(900)의 출력 전압을 조절한다.
한편, 전원제어부(700)는 제2포토커플러(IC13)와 제2트랜지스터(TR12)로 구성되며 주변압기(300)의 2차측의 일단에 접속되어 마이컴(미도시)으로부터 제어 신호를 받아 주변압기(300)의 2차측에 흐르는 전류를 단속한다.
구체적으로 제2포토커플러(IC13)는 마이컴으로부터의 제어신호를 전기적으로 절연된 상태로 제2트랜지스터(TR12)로 전달한다. 제2트랜지스터(TR12)는 제2포토커플러(IC13)로부터 출력된 신호에 따라 주변압기(300)의 2차측에 흐르는 전류를 단속한다. 제2트랜지스터(TR12)릍 턴온 시키거나 턴오프 시키는, ON/OFF 제어신호는 마이컴에서 대기상태와 같은 경우 인가된다.
한편, 주변압기(300)의 2차측은 마이컴의 제어신호에 따라 온/오프가 제어되나, 보조변압기(400)의 2차측은 마이컴의 신호와 무관하게 항상 온의 상태로 되어 있다. 따라서, 보조변압기(400)에 연결된 직류출력단(900)의 출력단자에는 상용 전원인 5V가 구비되어 있다.
보조변압기(400)의 2차측에 상용전원이 아닌 출력(본 발명의 실시예에서는 5.0V 직류전압 출력단자)이 존재하는 경우 스위칭부(800)를 더 구비하여 서스펜드(Suspend) 모드 또는 오프 모드에서 전원관리를 할 수 있다.
즉, 상기 스위칭부(800)는 제3트랜지스터(TR13)로 구성되되, 상기 제3트랜지스터(TR13)의 게이트 단자는 주변압기(300)의 2차측에 연결된 직류출력단(900) 중 하나의 단자(본 발명의 실시예에서는 12V단자)에 연결하도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 SMPS가 서스펜드(Suspend) 모드 또는 오프 모드인 경우 주변압기(300)의 2차측에 연결된 직류출력단(900)의 12V 출력단의 전압이 차단되므로 제3트랜지스터(TR13)는 오프(OFF)되어 5.0V의 직류출력단의 출력전압도 차단된다.
이와 같은 방식에 의해, 직류출력단의 모든 단자가 아닌 하나의 단자만을 비교하여 주변압기(300)의 온/오프를 제어할 뿐만 아니라, 시스템이 서스펜드 또는 오프 상태일 때는 주변압기(300)를 오프하도록 스위칭함으로써 대기 전력을 감소시킬 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 SMPS의 구체적인 동작을 살펴본다.
SMPS가 정상 상태인 경우 마이컴의 제어신호가 High가 인가된다. 마이컴으로부터 제어신호가 제2포토커플러(IC13)를 통하여 제2트랜지스터(TR12)의 게이트에 인가되면 제2트랜지스터(TR12)는 온(ON) 상태가 된다. 제2트랜지스터(TR12)의 온(ON)으로 주변압기(300)의 2차측에 전류가 도통되어 직류출력단(900)에는 각각 직류전압이 출력된다.
SMPS는 서스펜드(Suspend) 모드 또는 오프 모드인 경우 마이컴의 제어신호가 Low가 인가된다. 마이컴으로부터 제어신호가 제2포토커플러(IC13)를 통하여 제2트랜지스터(TR12)의 게이트에 인가되면 제2트랜지스터(TR12)는 오프(OFF) 상태가 된다. 제2트랜지스터(TR12)의 오프(OFF)로 주변압기(300)의 2차측에 연결된 직류출력단(900)의 출력전압이 차단된다. 또한, 23V 출력단의 출력전압이 차단되므로 제3트랜지스터(TR13)는 오프(OFF)되어 5.0의 출력단자에도 출력전압이 차단된다. 따라서, 본발명에 따른 SMPS에 따르면 서스펜드 모드 또는 오프 모드 시 불필요한 전력사용이 차단되므로 불필요한 대기전력을 감소시킬 수 있다. 그러나, 5.0V의 출력단자는 전술한 바와 같이 전원제어부(700)의 온/오프 동작여부에 무관하게 항상 온(ON)상태이므로 마이컴을 구동시킬 수 있는 상용전원으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 SMPS는 PWM제어부(200)와 출력신호감시/전달부(600)를 구비하여 출력전압을 일정하게 유지시킬 수 있다. 즉, 출력신호감시/전달부(600)에 포함된 저항(R12)와 저항(R13)을 통하여 5.0V의 출력전압이 션트IC(D19)의 게이트 단자에 인가되고, 인가된 전압은 션트IC(D19)의 기준 전압과 비교되어 션트IC(D19)는 단락 또는 개방의 특성을 가진다.
즉, 5.0V 단자에서 출력되는 전압이 기준치 이상이면 션트IC(D19)가 단락 상태가 되며, 이에 따라 제1포토커플러(IC12)에 흐르는 전류가 증가하게 된다. 제1포토커플러(IC12)에서 출력된 전류의 증가로 PWM의 듀티 시간이 짧아져 제1트랜지스터(TR11)의 온(ON)시간이 짧아지고 다시 주변압기의 온(ON) 시간이 짧아져 2차측으로 전달되는 에너지 양이 감소하게 되고 그로 인하여 다시 직류출력단(900)을 통하여 출력되는 전압이 감소하게 된다.
5.0V 단자에서 출력되는 전압이 기준치 이하이면 션트IC(D19)가 개방 상태가 되며, 이에 따라 제1포토커플러(IC12)에 흐르는 전류가 감소하게 되며, 전술한 바와 유사한 원리로 직류출력단(900)을 통하여 출력되는 전압이 증가하게 된다. 따라서, PWM제어부(200)와 출력신호감시/전달부(600)의 상호작용으로 직류출력단(900)의 출력전압이 일정하게 유지될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자가 적절하게 변경하여 실시할 수도 있는 범위에도 미칠 수 있음은 물론이다.
100: 정류부 200: PWM제어부
300: 주변압기 400: 보조변압기
500: 정류/평활부 600: 출력신호감시/전달부
700: 전원제어부 800: 스위칭부
900: 직류출력단 IC11: PWM소자
IC12: 제1포토커플러 IC13: 제2포토커플러
D19: 션트IC

Claims (3)

1차 측은 주전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 주변압기;
1차 측은 주전원에서 분기된 보조전원에 연결되어 있으며 입력전압에 대하여 1, 2차 측 코일의 상호작용을 이용하여 유도된 전압을 출력하는 보조변압기;
상기 보조변압기의 2차 측에 연결된 출력단자 중 하나의 출력단자의 출력 값에 따라 단락 또는 개방되는 제1스위칭부;
상기 제1스위칭부에 연결되며, 상기 제1스위칭부의 단락 또는 개방에 따라 흐르는 전류가 가변되는 제1포토커플러;
상기 제1포토커플러의 출력 전류에 따라 상기 주변압기의 1차 측에 흐르는 전류의 온/오프 듀티를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation)스위칭부;
SMPS의 동작 모드에 따라 제어신호를 송출하는 마이컴;
상기 주변압기의 2차 측의 일단에 접속되어 마이컴의 제어신호에 따라 상기 주변압기의 2차 측에 흐르는 전류를 단속하는 전원제어부;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대기전력 절감 SMPS.
제1항에 있어서,
상기 전원제어부는,
마이컴의 제어 신호를 입력받아 전기적으로 절연된 상태로 출력하는 제2포토커플러;
상기 제2포토커플러의 출력신호에 따라 상기 주변압기의 제2차측의 전류를 단속시키는 제1트랜지스터;
를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대기전력 절감 SMPS.
제1항에 있어서,
상기 PWM스위칭부는,
상기 제1포토커플러로부터 출력된 전류에 따라 온/오프 듀티신호를 출력하는 PWM소자;
상기 PWM소자에서 출력되는 온/오프 듀티신호에 따라 제1변압기의 1차 측에 흐르는 전류를 도통 또는 차단시키는 제2트랜지스터;
를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대기전력 절감 SMPS.
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