KR20120136133A

KR20120136133A - 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20120136133A
Application number: KR1020110055163A
Authority: KR
Inventors: 박인기; 강원석; 조계현
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-18
Also published as: US20120314459A1; US9001533B2; KR101789799B1

Abstract

본 발명은 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.
전원 공급 장치는, 입력 전압을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 부하조건에 맞는 출력 전압으로 변환한다. 피드백 회로는 출력전압에 대응하는 제1 감지전압에 연결되어 있는 제1 다이오드, 및 출력전압에 연결되어 있는 제2 다이오드를 포함한다. 피드백 회로는 제1 및 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다. 전원 공급 장치는 피드백 전압에 따라 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다.

Description

피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치{FEEDBACK CIRCUIT AND POWER SUPPLY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전원 공급 장치의 출력 전압 오버슛(overshoot)을 방지하기 위한 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

출력 전압의 변화에 대한 제어 루프가 느린 시스템에서는 출력 전압이 과전압으로 상승하는 경우가 발생할 수 있다. 입력단에 연결된 교류 라인에 발생하는 변동(fluctuation)이 출력 전압 및 전류에 반영되지 않도록, 전원 공급 장치가 제어될 수 있다. 이를 위해선 전원 공급 장치의 정전압 및 정전류 제어 루프(control loop)가 사용될 수 있지만, 입력전압 및 부하의 급격한 변동에 비해 제어 루프의 응답은 느릴 수있다.

예를 들어, 전원 공급 장치의 스타트-업(start-up) 기간에 출력 전압의 오버슛이 발생할 수 있다. 상대적으로 제어 루프가 느린 경우, 전원 공급 장치의 출력 전압의 변동에 대해서 전원 공급 장치의 동작이 빠르게 제어되지 않는다.

구체적으로, 전원 공급 장치가 펄스폭변조 방식으로 제어되는 경우, 펄스폭변조 제어기는 출력 전압 변동에 대응하는 피드백 전압에 따라 전력 스위치의 듀티(duty cycle)를 제어할 수 있다. 제어 루프가 느린 경우, 피드백 전압은 출력 전압의 상승에 대해서 바로 응답하지 못하며, 특히 스타트-업 기간에 출력 전압이 상승하는 기간동안 제어기의 피드백 전압은 최대 값으로 유지된다. 그러면, 출력 전압은 피드백 전압이 최대 값으로 유지되는 기간 동안 적정 레벨 이상의 오버슛이 발생되며, 출력 전압의 오버슛에 반응하여 피드백 전압이 적정 레벨로 감소하기 전까지 출력 전압은 과전압으로 유지된다.

이와 같은 출력 전압의 오버슛 및 과전압은 출력단에 연결된 부하 및 전원 공급 장치의 부품들을 손상시키고, 전력 스위치의 드레인-소스 전압을 과도하게 상승시키는 원인이 된다.

이와 같은 문제점은 스타트-업 기간뿐만 아니라 전원 공급 장치의 입력 전압이 급격히 상승하는 경우 또는 부하가 급격히 변동하는 경우에도 발생할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 출력 전압의 오버슛을 방지할 수 있는 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따르는 전원 공급 장치는, 입력 전압을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력 전력으로 변환하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르는 피드백 회로를 포함한다. 상기 피드백 회로는, 상기 출력 전력의 출력전압에 대응하는 제1 감지전압에 연결되어 있는 제1 다이오드, 및 상기 출력전압에 연결되어 있는 제2 다이오드를 포함하며, 상기 제1 및 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다. 상기 전력 공급 장치는, 상기 피드백 전압에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포함한다.

상기 피드백 회로는, 상기 출력 전력의 출력전류에 대응하는 제2 감지전압에 연결되어 있는 제3 다이오드를 더 포함하고, 상기 피드백 회로는, 상기 제1 내지 제3 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다.

상기 제1 내지 제3 다이오드 각각의 캐소드 전극은 전기적으로 제1 접점에 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 상기 제1 감지전압이 입력되고, 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 상기 제2 감지전압이 입력되면, 상기 제2 다이오드의 애노드 전극에 상기 출력전압이 입력된다.

상기 피드백 회로는, 상기 제1 접점에 전기적으로 연결되어 있는 포토 다이오드, 및 상기 포토 다이오드와 옵토 커플러를 형성하고 있는 포토 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 피드백 전압은 상기 포토 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 제어된다.

상기 피드백 회로는, 상기 출력전압이 적어도 두 개의 저항에 의해 분배된 전압과 소정의 제1 기준 전압 간의 차를 증폭하여 상기 제1 감지전압을 생성하는 전압피드백부를 더 포함한다.

상기 전압피드백부는, 상기 분배된 전압이 입력되는 제1 입력단, 상기 제1 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기, 상기 연산증폭기의 출력단과 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제1 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있다.

상기 피드백 회로는, 상기 출력전류가 흐르는 저항에서 발생하는 전압이 소정의 제1 기준 전압에 더해진 전압과 소정의 제2 기준전압간의 차를 증폭하여 상기 제2 감지전압을 생성하는 전류피드백부를 더 포함한다.

상기 전류피드백부는, 상기 저항에서 발생하는 전압이 입력되는 일단을 포함하는 제1 저항, 상기 제1 기준 전압과 상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제2 저항, 상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제2 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기, 상기 연산증폭기의 출력단에 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제3 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제2 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있다.

상기 피드백 회로는, 상기 제2 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 제1 접점 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 및 상기 제1 접점과 상기 포토 다이오드의 애노드 전극 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함한다.

상기 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압과 연결되어 있는 일단 및 상기 전력 스위치에 연결되어 있는 제1 코일, 및 상기 제1 코일과 소정의 권선비를 가지고 절연 커플링 되어 있는 보조 코일을 포함한다.

상기 스위치 제어부는, 상기 보조 코일의 전압에 따르는 영검출전압이 소정의 턴온기준전압에 도달하면, 상기 전력 스위치를 턴 온 시키고, 소정의 톱니파가 상기 피드백 전압에 도달하면, 상기 전력 스위치를 턴 오프 시킨다.

본 발명의 실시 예에 따른 피드백 회로는, 입력 전압을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력 전력으로 변환하는 전원 공급 장치에 적용된다. 상기 피드백 회로는 상기 스위칭 동작을 제어하기 위한 피드백 전압을 공급한다. 상기 피드백 회로는, 상기 출력 전력의 출력전압에 대응하는 제1 감지전압을 생성하는 전압피드백부, 상기 제1 감지전압에 연결되어 있는 제1 다이오드, 및 상기 출력전압에 연결되어 있는 제2 다이오드를 포함하며, 상기 제1 및 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다.

상기 피드백 회로는, 상기 출력 전력의 출력전류에 대응하는 제2 감지전압을 생성하는 전류 피드백부, 및 상기 제2 감지전압에 연결되어 있는 제3 다이오드를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다.

본 발명은 출력 전압의 오버슛을 방지할 수 있는 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 스타트-업 기간동안 발생하는 전압들을 나타낸 파형도이다.
도 4는 종래 전원 공급 장치의 동작 중 발생하는 전압을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치(1)는 플라이백 컨버터(flyback converter)로 구현되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 일 실시 예일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

전원 공급 장치(1)는 브릿지 정류 다이오드(10), 전력 스위치(M), 스위치회로(100), 피드백회로(200), 트랜스포머(20), 정류 다이오드(D1), 및 출력 커패시터(C2)를 포함한다.

브릿지 정류 다이오드(10)는 교류 입력(AC)을 정류하여 입력전압(VIN)을 생성한다. 브릿지 정류 다이오드(10)는 4 개의 다이오드(11-14)를 포함한다.

평활 커패시터(C1)은 입력전압(VIN)의 리플 성분을 평활시킨다.

트랜스포머(20)는 입력전압(VIN)에 의해 발생하는 1차측 전력을 변환하여 2차측으로 전달한다. 트랜스포머(20)는 1차측에 위치한 제1 코일(CO1), 및 2차측에 위치한 제2 코일(CO2)을 포함한다. 제1 코일(CO1)은 입력전압(VIN)이 전달되는 일단 및 전력 스위치(M)에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 제2 코일(CO2)은 2차측에 형성되어 있고, 1차측으로부터 전달되는 전력에 의해 제2 코일(CO2)에 전압 및 전류가 발생한다. 1차측과 2차측은 서로 절연되어 있다.

제1 코일(CO1)의 권선 수와 제2 코일(CO2)의 권선 수에 따라 권선 비(CO2의 권선 수 ns / CO1의 권선 수 np : nps)가 결정된다. 트랜스포머(20)의 제1 코일(CO1)의 전압(V1) 및 제2 코일(CO2)의 전압(V2) 간의 비(V2/V1)는 권선 비(nps)에 비례하고, 제1 코일(CO1)의 전류(I1) 및 제2 코일(CO2)의 전류(I2) 간의 비(I2/I1)는 권선비(nps)에 반비례한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치는 플라이백 컨버터로 구현되어 입력전압을 출력전력으로 변환하는 수단으로 트랜스포머를 포함하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 플라이백 컨버터가대신다른비절연토폴로지(topology)의 컨버터가 사용될 수 있다.

정류 다이오드(D1)는 제2 코일(CO2)의 일단에 연결되어 있는 애노드 전극 및 출력 커패시터(C4)의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극을 포함한다. 정류 다이오드(D1)는 제2 코일(CO2)에 흐르는 전류(I2)를 정류한다. 정류 다이오드(D1)를 통해 흐르는 전류(IR)는 부하에 공급되거나 출력 커패시터(C4)를 충전시킨다.

출력 커패시터(C4)는 전류(IR)에 의해 충전되거나, 부하(2)에 전류를 공급하기 위해 방전된다.

전력 스위치(M)는 제1 코일(CO1)에 연결되어 있고, 전력 스위치(M)의 스위칭 동작에 의해 제1 코일(CO1)에 흐르는 전류(I1)가 제어된다. 전류(I1)는 전력 스위치(M)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 증가하고, 전력 스위치(M)가 턴 오프 되어 있는 기간 동안 흐르지 않는다.

전력 스위치(M)가 턴 온되어 있는 기간 동안, 전류(I1) 증가하면서, 제1 코일(CO1)에 에너지가 저장된다. 이 때, 정류 다이오드(D1)는 오프 상태이므로, 제2 코일(CO2)에는 전류가 흐르지 않는다. 전력 스위치(M)가 턴 오프 되어 있는 기간 동안, 2차측 코일(CO2)의 전류(I2)는 제2 코일(CO2)에서 정류 다이오드(D1)의 애노드 전극으로 흐르고, 정류 다이오드(D1)를 통해 정류되어 전류(IR)가 발생한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(1)는 일정한 출력 전압(VOUT) 및 일정한 출력 전류(IOUT)제어가 필요한 부하(2)에 전력을 공급한다. 예를 들어 부하(2)는 복수의 LED 소자로 구성된 발광 장치일 수 있다.

따라서 스위치 제어부(100)는 에대한피드백정보를입력받고, 출력 전압(VOUT) 및 출력 전류(IOUT)가 일정하도록 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어한다.

출력 전류(IOUT) 또는 출력 전압(VOUT)이 적정 레벨 이상으로 증가하면, 스위치 제어부(100)는 전력 스위치(M)의 듀티를 감소시켜 2차측으로 전달되는 전력을 감소시킨다. 반대로 출력 전압(VOUT)이 적정 레벨 이하로 감소하면, 스위치 제어부(100)는 전력 스위치(M)의 듀티를 증가시켜 2차측으로 전달되는 전력을 증가시킨다.

이와 같은 동작에 의해 출력 전압(VOUT) 및 출력 전류(IOUT)가 일정하게 유지된다.

피드백 회로(200)는 출력 전압(VOUT) 및 출력 전류(IOUT)에 대응하는 피드백 전압(VFB)을 생성하여 스위치회로(100)로 전달한다. 피드백 전압(VFB)은 출력전압(VOUT) 및 출력 전류(IOUT)에 따라 변한다.

피드백 회로(200)는 출력전압(VOUT)에 대응하는 제1 감지전압(VSE1) 및 출력전류(IOUT)에 대응하는 제2 감지전압(VSE2)을 생성하고, 제1 감지전압(VSE1), 제2 감지전압(VSE2), 및 출력전압(VOUT) 중 하나를 이용하여 피드백 전압을 생성한다.

피드백 회로(200)는 출력전압(VOUT)에 대응하는 전압과 소정의 제1 기준 전압 간의 차에 따라 제1 감지전압(VSE1)을 생성한다. 피드백 회로(200)는 출력 전류(IOUT)에 대응하는 전압과 소정의 제2 기준 전압 간의 차에 따라 제2 감지전압(VSE2)을 생성한다.

피드백 회로(200)는 전류피드백부(210), 전압피드백부(220), 세 개의 다이오드(D2-D4), 두 개의 저항(R4, R5), 포토다이오드(photo diode)(PD), 및 포토 트랜지스터(photo transistor)(PT)를 포함한다.

전압피드백부(210)는 출력전압(VOUT)에 따르는 전압(예를 들어, 출력전압(VOUT)이 저항 분배된 전압)과 제1 기준 전압 간의 차를 증폭하여 제1 감지전압(VSE1)을 생성한다.

전류피드백부(220)는 제1 기준 전압에 출력전류(IOUT)에 따르는 전압(예를 들어, 저항(R3)를 통해 흐를 때 발생하는 전압)을 가산한 전압과 제2 기준 전압간의 차를 증폭하여 제2 감지전압(VSE2)을 생성한다.

이하, 제1 기준전압에 출력전류(IOUT)에 다르는 전압이 가산된 전압을 출력전류(IOUT)에 대응하는 전압이라 한다. 제1 감지전압(VSE1) 및 제2 감지전압(VSE2)은 접점(ND1)에 연결되며, 다이오드(D2) 및 저항(R4)은 출력전압(VOUT)과 접점(ND1) 사이에 연결되어 있다. 이러면, 스타트-업 기간에 출력전압(VOUT)이 상승하는 기간 동안 제1 감지전압(VSE1) 및 제2 감지전압(VSE2) 대신 접점(ND1)에 출력전압(VOUT)에 대응하는 전압이 출력전압(VOUT) 발생 시점부터 지연 없이 전달된다.

제1 감지전압(VSE1) 및 제2 감지전압(VSE2)에 출력전압(VOUT)의 변화가 반영되어 변동하는 시점과 출력전압(VOUT)의 변화가 발생한 시점 사이에는 소정의 지연이 존재한다. 이는 출력전압(VOUT) 변동에 대한 제어 루프가 현실적으로 느리기 때문이다. 이 지연은 스타트-업 기간에 출력 전압(VOUT)의 오버슛 발생 원인이 될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 따른 피드백 회로(200)는 이를 방지하기 위하여 출력 전압(VOUT)이 다이오드(D2) 및 저항(R4)을 통해 접점(ND1)에 전달되는 구성을 포함한다. 스타트-업 기간 중 출력전압(VOUT)의 오버슛이 발생하는 경우, 접점(ND1)의 전압은 출력전압(VOUT)에 의해 급격히 상승하고, 피드백 전압(VFB)이 빠르게 감소한다. 그러면 출력전압(VOUT)의 오버슛이 스위치 제어부(100)에 빠르게 전달될 수 있다.

구체적으로, 접점(ND1)에 따라 포토 다이오드(PD)에 흐르는 전류가 결정되고, 포토 다이오드(PD)에 흐르는 전류에 따라 포토 트랜지스터(PT)의 전류도 결정된다. 따라서 출력전압(VOUT)의 오버슛이 바로 포토 다이오드(PD)에 흐르는 전류에 반영되어 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 변동된다. 그러면 피드백 전압(VFB)이 감소하여 스위치 제어부(100)는 전력 스위치(M)의 듀티를 감소시킨다.

이와 같이, 출력전압(VOUT)의 오버슛이 전력 스위치(M)의 스위칭 동작에 바로 반영되므로, 출력전압(VOUT)이 빠르게 안정화 될 수 있다.

스위치 제어부(100)는 영검출전압(VZCD) 및 피드백 전압(VFB)에 따라 전력 스위치(M)의 동작을 제어하는 게이트신호(VG)를 생성한다. 스위치 제어부(100)의 동작에 필요한 전원전압(VCC)은 저항(R1) 및 커패시터(C2)에 의해 생성된다.

저항(R1)은 입력전압(VIN)에 연결되어 있는 일단 및 커패시터(C2)의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 커패시터(C2)의 타단은 접지되어 있다. 입력전압(VIN)에 의해 충전되는 커패시터(C2)로부터 전원 전압(VCC)이 공급된다

보조 코일(CO3)은 제1 코일(CO1)과 소정의 권선비를 가지고 절연 커플링 되어있다. 보조 코일(CO3)의 일단은 저항(R2)의 일단에 연결되어 있고, 보조 코일(CO3)의 타단은 접지되어 있다. 저항(R2)의 타단은 핀(2) 및 커패시터(C3)의 일단에 연결되어 있다. 커패시터(C3)의 타단은 접지되어 있다.

보조 코일(CO3)에 발생하는 전압(V3)은 저항(R2)을 통해 스위치 제어부(100)에 전달되고, 커패시터(C3)는 전압(V3)의 노이즈를 감쇄시킨다. 전압(V3)은 저항(R2) 및 커패시터(C3)를 통해 영검출전압(VZCD)이 된다.

스위치 제어부(100)는 게이트신호(1)가 출력되는 핀(1), 영검출전압(VZCD)이 입력되는 핀(2), 전원전압(VCC)이 입력되는 핀(3), 및 피드백전압(VFB)이 입력되는 핀(4)을 포함한다.

스위치 제어부(100)는 영검출전압(VZCD)이 소정의 턴온기준전압에 도달하면 전력 스위치(M)를 턴 온 시킨다. 구체적으로, 전력 스위치(M)의 턴 오프 이후 영검출전압(VZCD)이 감소하고, 감소하던 영검출전압(VZCD)이 턴온기준전압에 도달하면 전력 스위치(M)를 턴 온 시키는 게이트 신호(VG)를 생성한다.

스위치 제어부(100)는 피드백 전압(VFB)과 소정의 톱니파(sawtooth wave)를 비교하여, 톱니파가 피드백 전압(VFB)에 도달하면 전력 스위치(M)를 턴 오프 시킨다. 본 발명의 실시 예에 따른 톱니파는 전력 스위치(M)의 턴 온 시점부터 상승하기 시작하여 톱니파 신호가 피드백 전압(VFB)에 도달한 후에 감소한다.

스위치 제어부(100)는 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류에 따르는 피드백전압(VFB)을 전달받는다. 피드백 전압(VFB)은 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 증가할수록 감소하고, 전류가 감소할수록 증가한다.

따라서 출력전압(VOUT) 또는 출력전류(IOUT)가 변하여 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 변동하는 경우, 피드백 전압(VFB)은 포토 트랜지스터(PT)의 전류에 따라 변동한다.

예를 들어, 출력전압(VOUT) 또는 출력전류(IOUT)가 적정 레벨 이상으로 증가하여 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 증가하면, 피드백 전압(VFB)은 감소하여 전력 스위치(M)의 듀티가 감소한다. 출력전압(VOUT)이 적정 레벨 이하로 감소하여 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 감소하면, 피드백 전압(VFB)은 증가하여 전력 스위치(M)의 듀티가 증가한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 피드백 회로(200)의 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 회로를 나타낸 도면이다.

출력전압(VOUT)에 의해 다이오드(D2)가 도통되면 접점(ND1)으로 출력전압(VOUT)이 저항(R4)을 통해 전달된다. 이 때, 다이오드(D2)가 도통되어 접점(ND1)에 전달되는 전압은 저항(R4), 저항(R5) 및 포토 다이오드(PD)의 온저항에 의해 결정된다. 다만, 저항(R4) 및 저항(R5)에 비해 포토 다이오드(PD)의 온 저항은 매우 작은 값으로 무시될 수 있다. 따라서 스타트-업 기간과 같이 출력전압(VOUT)의 오버슛이 발생할 수 있는 기간에 출력전압(VOUT)에 따라 접점(ND1)의 전압이 결정되도록 저항(R5)에 대한 저항(R4)의 비율을 설정할 수 있다.

전압피드백부(210)는 연산증폭기(211), 3개의 저항(R6-R8), 및 커패시터(C5)를 포함한다.

저항(R7) 및 저항(R8)은 접점(ND2)와 접지 사이에 직렬 연결되어 있고, 저항(R7) 및 저항(R8)이 연결되어 있는 접점은 연산증폭기(211)의 비반전단자(+)에 연결되어 있다. 출력전압(VOUT)은 저항(R7) 및 저항(R8)에 분배되고, 연산증폭기(211)의 비반전단자(+)에 입력되는 전압은 VOUT*(R8/(R7+R8))이다.

연산증폭기(211)의 반전단자(-)에는 제1 기준전압(VREF1)이 입력된다. 연산증폭기(211)의 비반전단자(+)와 출력단 사이에는 커패시터(C5) 및 저항(R6)이 직렬 연결되어 있다. 연산증폭기(211)는 출력전압(VOUT)에 대응하는 전압(VOUT*(R8/(R7+R8)))과 제1 기준전압(VREF1)의 차를 증폭하여 제1 감지전압(VSE1)을 생성한다.

연상증폭기(211)의 출력단과 접점(ND1) 사이에는 다이오드(D3)가 연결되어 있다. 연상증폭기(211)의 제1 감지전압(VSE1)에 의해 다이오드(D3)가 도통되면, 제1 감지전압(VSE1)이 접점(ND1)에 전달된다.

전류피드백부(220)는 연산증폭기(221), 4개의 저항(R9, R10, R11, R12), 및 커패시터(C6)를 포함한다.

저항(R10)은 접점(ND3)과 연산증폭기(221)의 반전단자(-) 사이에 연결되어 있다. 제1 기준전압(VREF)과 직렬 연결된 저항(R11)은 저항(R10)과 함께 반전단자(-)에 병렬 회로로 연결된다. 따라서 접점(ND3)의 전압은 제1 기준전압(VREF1)에 더해져 출력전류(IOUT)에 대응하는 전압이 되고, 출력전류(IOUT)에 대응하는 전압은 반전단자(-)에 입력된다. 연산증폭기(221)의 비반전단자(+)는 제2 기준 전압으로 접지 전압이 입력되고, 연산증폭기(221)의 반전단자(-)와 출력단 사이에는 커패시터(C6) 및 저항(R9)이 직렬 연결되어 있다.

연상증폭기(221)는 출력전류(IOUT)에 대응하는 전압과 접지 전압의 차를 증폭하여 제2 감지전압(VSE2)을 생성한다. 연산증폭기(221)의 출력단과 접점(ND1) 사이에는 다이오드(D4)가 연결되어 있다. 제2 감지전압(VSE2)에 의해 다이오드(D4)가 도통되면, 제2 감지전압(VSE2)이 접점(ND1)에 전달된다.

이와 같이, 제1 및 제2 감지전압(VSE1, VSE2) 및 출력전압(VOUT) 중 접점(ND1)에 전달되는 전압이 선택된다. 이하, 접점(ND1)의 전압을 출력감지전압(VSE)라 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 피드백 회로는, 출력 전력의 전압에 대응하는 제1 감지 전압 및 출력 전력의 전류에 대응하는 제2 감지 전압, 및 출력 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 피드백 회로는 적어도 스타트-업 기간 동안 제1 감지 전압 및 출력 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성할 수도 있다.

이하, 도 3을 참조하여 전원 공급 장치의 동작을 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 스타트-업 기간동안 발생하는 전압들을 나타낸 파형도이다.

도 3에는 입력전압(VIN), 전원전압(VCC), 출력감지전압(VSE), 피드백 전압(VFB), 및 출력전압(VOUT)이 도시되어 있다.

시점 T1에 전원 공급 장치(1)가 파워-온(power-on)되면, 입력전압(VIN)이 발생한다. 시점 T1부터 입력 전압(VIN)에 의해 전원 전압(VCC)이 상승하기 시작한다. 전원 전압(VCC)이 소정 레벨의 기준전압(VR1)에 도달하기 전까지 전력 스위치(M)는 스위칭 동작하지 않는다.

시점 T2에 전원 전압(VCC)이 기준전압(VR1)에 도달하면, 전력 스위치(M)는 스위칭 동작을 시작하고, 출력전압(VOUT)은 시점 T2부터 증가하기 시작한다. 앞서 언급한 바와 같이, 시점 T2부터 지연 기간이 경과한 후에 제1 감지전압(VSE1) 및 제2 감지전압(VSE2)이 발생한다. 따라서 시점 T2부터 지연 기간이 경과하는 동안, 출력전압(VOUT)이 다이오드(D2) 및 저항(R4)을 통해 접점(ND1)에 전달된다.

따라서 출력감지전압(VSE)은 시점 T2부터 발생하고, 출력전압(VOUT)에 따라 결정된다. 피드백 전압(VFB)은 출력감지전압(VSE)이 낮으므로, 시점 T2에 최대 피드백 전압(VFMX)으로 급격히 증가한다.

시점 T2 이후, 증가하는 출력전압(VOUT)을 따라 출력감지전압(VSE) 역시 증가하고, 피드백 전압(VFB)은 감소한다. 시점 T3에 출력전압(VOUT)이 정격전압(RAV)에 도달하고 출력감지전압(VSE)에 따른 피드백 전압(VFB)도 기준전압(VR2)에 도달한다. 피드백전압(VFB)이 기준전압(VR2)으로 유지될 때, 출력전압(VOUT)이 정격전압(RAV)으로 유지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치(1)가 파워-온 되어 출력전압(VOUT)이 정격전압으로 안정화 되는 스타트-업 기간 중 출력 전압(VOUT)의 오버슛은 발생하지 않는다.

그러나 종래 전원 공급 장치에서는 피드백 전압이 출력전압 변화에 대응하는데 지연이 존재하므로 오버슛이 발생한다.

도 4는 종래 전원 공급 장치의 동작 중 발생하는 전압을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다이오드(D2) 및 저항(R4)을 통해 출력전압(VOUT)과 포토 다이오드(PD) 사이에 형성된 경로가 존재하지 않는 경우를 나타낸 도면이다. 이하, 입력전압, 전원전압, 출력감지전압, 피드백 전압 및 출력전압은 본 발명의 실시 예 따른 전력 공급 장치의 전압이 아니다.

도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T4에 파워-온 되고, 시점 T4-T5 기간 동안 전원 전압이 상승한다.

시점 T5부터 스위칭 동작이 발생하여 출력전압이 상승하기 시작한다. 시점 T5의 출력 전압이 낮을뿐만 아니라, 출력감지전압의 지연이 T7까지 지속되므로, 시점 T5에 최대 피드백 전압으로 상승한 피드백 전압은 시점 T7까지 최대 피드백 전압으로 유지된다. 그러면, 시점 T6에 출력전압이 정격전압에 도달하지만, 지연에 의해 시점 T7까지 최대 피드백 전압으로 유지되는 피드백 전압에 의해 출력전압의 오버슛이 발생한다.

시점 T7 이후 출력감지전압이 발생하고, 피드백 전압은 감소하기 시작한다. 그리고 시점 T7부터 감소하는 피드백 전압에 의해 출력전압이 감소하기 시작하고, 시점 T8에 출력 전압이 안정화된다.

이와 같이, 시점 T6부터 시점 T8까지의 기간 중 출력전압의 오버슛이 발생하고, 출력전압은 과전압 상태이다.

종래와 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 회로(200)는 출력전압(VOUT)에 지연 없이 따르는 피드백 전압(VFB)을 생성하여 출력전압(VOUT)의 오버슛을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

전원 공급 장치(1), 브릿지 정류 다이오드(10), 평활 커패시터(C1)
트랜스포머(20), 스위치회로(100), 피드백회로(200), 정류 다이오드(D1),
다이오드(D2-D4, 11-14), 출력 커패시터(C4), 커패시터(C2, C3, C5, C6)
제1 코일(CO1), 제2 코일(CO2), 보조 코일(CO3), 전력 스위치(M)
저항(R1-R10), 포토다이오드(PD), 포토 트랜지스터(PT), 피드백 회로(200)
스위치 제어 회로(100), 전류피드백부(210), 전압피드백부(220)
연산증폭기(211, 221)

Claims

입력 전압을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력 전력으로 변환하는 전원 공급 장치에 있어서,
상기 출력 전력의 출력전압에 대응하는 제1 감지전압에 연결되어 있는 제1 다이오드, 및 상기 출력전압에 연결되어 있는 제2 다이오드를 포함하며, 상기 제1 및 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성하는 피드백 회로, 및
상기 피드백 전압에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 출력 전력의 출력전류에 대응하는 제2 감지전압에 연결되어 있는 제3 다이오드를 더 포함하고,
상기 피드백 회로는,
상기 제1 내지 제3 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성하는 전원 공급 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 다이오드 각각의 캐소드 전극은 전기적으로 제1 접점에 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 상기 제1 감지전압이 입력되고, 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 상기 제2 감지전압이 입력되면, 상기 제2 다이오드의 애노드 전극에 상기 출력전압이 입력되는 전원 공급 장치.
제3항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 제1 접점에 전기적으로 연결되어 있는 포토 다이오드, 및
상기 포토 다이오드와 옵토 커플러를 형성하고 있는 포토 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 피드백 전압은 상기 포토 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 제어되는 전원 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 출력전압이 적어도 두 개의 저항에 의해 분배된 전압과 소정의 제1 기준 전압 간의 차를 증폭하여 상기 제1 감지전압을 생성하는 전압피드백부를 더 포함하는 전원 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 전압피드백부는,
상기 분배된 전압이 입력되는 제1 입력단, 상기 제1 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기,
상기 연산증폭기의 출력단과 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 저항 및 커패시터를 포함하고,
상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제1 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 전원 공급 장치
제4항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 출력전류가 흐르는 저항에서 발생하는 전압이 소정의 제1 기준 전압에 더해진 전압과 소정의 제2 기준전압간의 차를 증폭하여 상기 제2 감지전압을 생성하는 전류피드백부를 더 포함하는 전원 공급 장치.
제7항에 있어서,
상기 전류피드백부는,
상기 저항에서 발생하는 전압이 입력되는 일단을 포함하는 제1 저항,
상기 제1 기준 전압과 상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제2 저항,
상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제2 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기,
상기 연산증폭기의 출력단에 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제3 저항 및 커패시터를 포함하고,
상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제2 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 전원 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 제2 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 제1 접점 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 및
상기 제1 접점과 상기 포토 다이오드의 애노드 전극 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함하는 전원 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
상기 입력 전압과 연결되어 있는 일단 및 상기 전력 스위치에 연결되어 있는 제1 코일, 및
상기 제1 코일과 소정의 권선비를 가지고 절연 커플링 되어 있는 보조 코일을 포함하고,
상기 스위치 제어부는,
상기 보조 코일의 전압에 따르는 영검출전압이 소정의 턴온기준전압에 도달하면, 상기 전력 스위치를 턴 온 시키고, 소정의 톱니파가 상기 피드백 전압에 도달하면, 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 전원 공급 장치.
입력 전압을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력 전력으로 변환하는 전원 공급 장치에 상기 스위칭 동작을 제어하기 위한 피드백 전압을 공급하는 피드백 회로에 있어서,
상기 출력 전력의 출력전압에 대응하는 제1 감지전압을 생성하는 전압피드백부,
상기 제1 감지전압에 연결되어 있는 제1 다이오드, 및
상기 출력전압에 연결되어 있는 제2 다이오드를 포함하며,
상기 제1 및 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성하는 피드백 회로.
제11항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 출력 전력의 출력전류에 대응하는 제2 감지전압을 생성하는 전류 피드백부, 및
상기 제2 감지전압에 연결되어 있는 제3 다이오드를 더 포함하고,
상기 제1 내지 제3 다이오드 중 도통된 다이오드를 통과한 전압을 이용하여 피드백 전압을 생성하는 피드백 회로.
제12항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 다이오드 각각의 캐소드 전극은 전기적으로 제1 접점에 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 상기 제1 감지전압이 입력되고, 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 상기 제2 감지전압이 입력되면, 상기 제2 다이오드의 애노드 전극에 상기 출력전압이 입력되는 피드백 회로.
제13항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 제1 접점에 전기적으로 연결되어 있는 포토 다이오드, 및
상기 포토 다이오드와 옵토 커플러를 형성하고 있는 포토 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 피드백 전압은 상기 포토 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 제어되는 피드백 회로.
제14항에 있어서,
상기 전압피드백부는,
상기 출력전압이 입력되는 일단을 포함하는 제1 저항,
상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제2 저항,
상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 접점에 연결되어 있는 제1 입력단, 소정의 제1 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기,
상기 연산증폭기의 출력단과 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제3 저항 및 커패시터를 포함하고,
상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제1 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 피드백 회로.
제14항에 있어서,
상기 전류피드백부는,
상기 출력 전류가 흐르는 저항에서 발생하는 전압이 입력되는 일단을 포함하는 제1 저항,
상기 제1 저항의 타단과 소정의 제1 기준 전압 사이에 연결되어 있는 제2 저항,
상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제2 기준 전압이 입력되는 제2 입력단을 포함하는 연산증폭기,
상기 연산증폭기의 출력단에 상기 제1 입력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제3 저항 및 커패시터를 포함하고,
상기 연산증폭기의 출력단 전압이 상기 제2 감지전압이고, 상기 연산증폭기의 출력단은 상기 제3 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 피드백 회로.
제14항에 있어서,
상기 피드백 회로는,
상기 제2 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 제1 접점 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 및
상기 제1 접점과 상기 포토 다이오드의 애노드 전극 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함하는 전원 공급 장치.