KR20140081666A

KR20140081666A - 스위칭 전원장치

Info

Publication number: KR20140081666A
Application number: KR1020130139568A
Authority: KR
Inventors: 도시히로 나카노
Original assignee: 산켄덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-07-01
Also published as: CN103887975A; US20140177284A1; US9293983B2; JP2014124049A; JP6070164B2; CN103887975B; KR101463003B1

Abstract

(과제)
기동불량을 발생시키지 않고, 전원전압을 공급하는 콘덴서를 소용량화 할 수 있는 스위칭 전원장치를 제공한다.
(해결수단)
스위칭 소자(Ｑ10)의 온/오프를 제어하는 제어회로(3a)와, 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 발생하는 전압을 정류평활하여 제어회로(3a)에 전원전압(Ｖｃｃ)으로서 공급하는 제2정류 평활회로(다이오드(D10), 콘덴서(C10))를 구비하는 스위칭 전원장치로서, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)(정지전압(Ｖｏｆｆ))보다 낮은 제1임계전압(V1) 이하인 경우와 기동전압(Ｖｏｎ)을 초과할 경우에는, 제1정전류(Ｉａ)를 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제어회로(3a)에 공급함과 아울러, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1)을 초과하여 기동전압(Ｖｏｎ) 이하인 경우에는, 제1정전류(Ｉａ)보다 큰 제2정전류(Ｉｂ)를 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제어회로(3a)에 공급하는 기동회로(1a)를 구비한다.

Description

스위칭 전원장치{START-UP CIRCUIT FOR A SWITCHING POWER SUPPLY}

본 발명은 스위칭 소자를 온/오프(on/off)하는 스위칭 동작에 의하여 전력변환을 하는 스위칭 전원장치에 관한 것으로서, 특히 스위칭 동작을 제어하는 제어회로에 기동전류를 공급하는 기동회로(起動回路)를 정전류회로(定電流回路)로 구성한 스위칭 전원장치에 관한 것이다.

스위칭 전원장치에 있어서 직류전원의 투입시에, 스위칭 동작을 제어하는 제어회로에 대하여 기동전류를 공급하는 기동회로를 정전류회로로 구성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌1 참조).

종래의 스위칭 전원장치는, 도6에 나타나 있는 바와 같이 콘덴서(C1)와, 기동회로(1)와, 1차권선(P1), 2차권선(S1) 및 3차권선(P2)을 구비하는 트랜스(T)와, 예를 들면 ＭＯＳＦＥＴ로 이루어지는 스위칭 소자(Ｑ10)와, 스위칭 소자(Ｑ10)에 흐르는 전류를 검출하는 저항(R10)과, 스위칭 소자(Ｑ10)의 온/오프를 제어하는 제어회로(3)와, 다이오드(D11) 및 콘덴서(C11)로 이루어지는 제1정류 평활회로와, 다이오드(D10) 및 콘덴서(C10)로 이루어지는 제2정류 평활회로와, 검출회로(7)를 구비하고 있다.

콘덴서(C1)는, 교류전원을 정류평활하여 스위칭 전원에 입력하는 경우의 평활 콘덴서 등으로, 스위칭 전원의 입력부에 붙이는 콘덴서를 등가적(等價的)으로 나타낸다. 콘덴서(C1)에 의하여 스위칭 전원에 입력된 직류전원(E)이 차단되어도 즉시 전압이 제로가 되지 않는다. 기동회로(1)는, 콘덴서(C1)의 정측단자(正側端子)와 트랜스(T)의 1차권선(P1)의 일단(一端)과의 접속점과, 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ) 사이에 접속되고, 직류전원(E)이 항상 또는 단속적으로 인가된다. 제어회로(3)는, 기동전압(Ｖｏｎ)(예를 들면 18V)으로 기동하고, 정지전압(Ｖｏｆｆ)(예를 들면 9V)으로 정지한다. 제어회로(3)는, 검출회로(7)에 의하여 검출된 출력전압(Ｖｏｕｔ)에 의거하여 스위칭 소자(Ｑ10)를 온/오프 시킴으로써 출력전압을 소정의 전압으로 제어한다.

기동회로(1)는, 저항(R1)과 정전류회로(ＣＣ1)와 스위치(ＳＷ1)와 다이오드(D1)로 이루어지는 직렬회로와, 비교기(ＣＰ)를 구비하고 있다. 그리고 저항(R1)과 정전류회로(ＣＣ1)와 스위치(ＳＷ1)와 다이오드(D1)로 이루어지는 직렬회로가, 콘덴서(C1)의 정측단자와 트랜스(T)의 1차권선(P1)의 일단과의 접속점과, 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ) 사이에 접속되어 있다. 비교기(ＣＰ)는, 비반전 입력단자가 다이오드(D1)의 캐소드와 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와의 접속점에 접속되고, 반전 입력단자가 기준전원(Ｖｒ1)에 접속되어 있다. 그리고 비교기(ＣＰ)의 출력단자는 스위치(ＳＷ1)의 접점에 접속되어 있다. 비교기(ＣＰ)는 히스테리시스 특성(hysteresis 特性)을 구비하여, 반전 입력단자가 제어회로(3)의 기동전압(Ｖｏｎ)(예를 들면 18V)이 되면 H레벨을 출력하고, 출력이 H레벨의 상태로부터 반전 입력단자가 제어회로(3)의 정지전압(Ｖｏｆｆ)(예를 들면 9V)이 되면 L레벨을 출력한다.

이렇게 구성된 스위칭 전원장치의 동작에 대해서 도7을 참조하여 설명한다. 우선 시간(t1)에서 직류전원(E)이 입력되면, 기동회로(1)에서는 저항(R1)을 통하여 정전류회로(ＣＣ1)에 입력전압(Ｖｓｔ)이 인가된다. 이때에 비교기(ＣＰ)의 출력은 L레벨이기 때문에 스위치(ＳＷ1)는 온하고 있다. 따라서 정전류회로(ＣＣ1)에 의하여 소정의 정전류(Ｉｃ)(예를 들면 2.5mA)가 기동전류(Ｉｓｔ)로서 흘러, 다이오드(D1)를 통하여 콘덴서(C10)가 충전되어, 콘덴서(C10)의 전압이 상승한다. 콘덴서(C10)의 전압은 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ)에 공급되어, 제어회로(3)의 전원전압(Ｖｃｃ)이 된다.

최초에 전원전압(Ｖｃｃ)은 제어회로(3)의 기동전압(Ｖｏｎ) 이하이므로, 비교기(ＣＰ)의 출력은 L레벨로서 스위치(ＳＷ1)는 온을 계속한다. 시간(t2)에서의 전원전압(Ｖｃｃ)이 기동전압(Ｖｏｎ)에 도달하면 제어회로(3)가 기동한다. 제어회로(3)가 기동되면, 제어회로(3)로부터 구동신호(Ｄｒｖ)가 송출되어 스위칭 소자(Ｑ10)가 온/오프를 시작한다. 이 때문에 트랜스(T)의 1차권선(P1)에 단속적으로 직류전원(E)이 인가되어, 2차권선(S1)에 전압을 유기(誘起)한다. 2차권선(S1)에 발생한 전압은 다이오드(D11), 콘덴서(C11)에 의하여 정류평활되어, 부하(5)에 출력전압(Ｖｏｕｔ)이 공급된다. 부하(5)에 공급되는 출력전압(Ｖｏｕｔ)은 검출회로(7)에 의하여 기준전압과 비교되어, 그 오차신호가 제어회로(3)에 입력된다. 제어회로(3)는 오차신호에 의거한 듀티(duty)의 구동신호(Ｄｒｖ)를 생성하여, 스위칭 소자(Ｑ10)를 온/오프 시킨다.

또한 시간(t2)에서 전원전압(Ｖｃｃ)이 기동전압(Ｖｏｎ)으로 됨과 동시에, 비교기(ＣＰ)의 출력이 L레벨로부터 H레벨이 되어 스위치(ＳＷ1)가 오프한다. 이에 따라 기동회로(1)에 의한 콘덴서(C10)의 충전은 정지되고, 이후에 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 발생한 전압을 다이오드(D10), 콘덴서(C10)에 의하여 정류평활한 직류전압이 제어회로(3)에 공급된다.

일본국 공개특허 특개2003-333840호 공보

그러나 최근에는 제어회로(3)의 기동을 빠르게함과 아울러, 비용절감을 위하여 전원전압(Ｖｃｃ)을 공급하는 콘덴서(C10)의 소용량화가 도모되고 있다. 콘덴서(C10)를 소용량화하였을 경우에, 종래기술에서는 기동불량이 되어 버리는 우려가 있다. 즉 종래기술에서는 전원전압(Ｖｃｃ)이 기동전압(Ｖｏｎ)으로 됨과 동시에, 콘덴서(C10)에 대한 기동회로(1)에 의한 충전이 정지되어, 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 전압이 발생할 때까지는 콘덴서(C10)에 충전이 이루어지지 않는다. 따라서 콘덴서(C10)를 소용량화하였을 경우에는, 제어회로(3)의 기동에 따라 전원전압(Ｖｃｃ)이 급격하게 저하하여 제어회로(3)의 정지전압(Ｖｏｆｆ)을 하회(下回)하여, 기동불량을 발생시켜 버린다는 문제가 있었다. 이 경우에는 제어회로(3)의 기동과 정지가 반복되게 된다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 감안하여 종래기술의 상기 문제를 해결하여, 기동불량을 발생시키지 않고 전원전압을 공급하는 콘덴서를 소용량화할 수 있는 스위칭 전원장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 스위칭 전원장치는, 트랜스의 1차권선을 통하여 직류전원에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로와, 상기 트랜스의 2차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 부하에 공급하는 제1정류 평활회로와, 상기 트랜스의 3차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 상기 제어회로에 전원전압으로서 공급하는 제2정류 평활회로를 구비하는 스위칭 전원장치로서, 상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압보다 낮은 제1임계전압 이하인 경우와 상기 기동전압을 초과할 경우에는, 제1정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급함과 아울러, 상기 전원전압이 상기 제1임계전압을 초과하여 상기 기동전압 이하인 경우에는, 상기 제1정전류보다 큰 제2정전류를 상기 기동전류로서 상기 제어회로에 공급하는 기동회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 스위칭 전원장치에 있어서, 상기 제1임계전압은, 상기 제어회로의 정지전압보다 낮게 설정하더라도 좋다.

또한 본 발명의 스위칭 전원장치에 있어서, 상기 기동회로는, 상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압보다 높은 제2임계전압을 초과하면, 상기 전원전압의 상승에 따라 상기 제1정전류를 저하시키더라도 좋다.

또한 본 발명의 기동회로는, 트랜스의 1차권선을 통하여 직류전원에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로와, 상기 트랜스의 2차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 부하에 공급하는 제1정류 평활회로와, 상기 트랜스의 3차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 상기 제어회로에 전원전압으로서 공급하는 제2정류 평활회로를 구비하는 스위칭 전원장치에 설치되고, 상기 직류전원의 투입시에 기동전류를 상기 제어회로에 공급하는 기동회로로서, 상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압보다도 낮은 제1임계전압 이하인 경우와 상기 기동전압을 초과할 경우에는, 제1정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급함과 아울러, 상기 전원전압이 상기 임계전압을 초과하여 상기 기동전압 이하인 경우에는, 상기 제1정전류보다 큰 제2정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어회로의 기동후에 트랜스의 3차권선에 발생하는 전압이 동작전압까지 상승할 때까지의 전원전압의 저하를 억제할 수 있기 때문에 동작전압의 안정을 얻을 수 있어, 전원전압의 충전용인 콘덴서를 소용량화해도 기동불량을 발생시키는 일이 없다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 스위칭 전원장치의 제1실시형태의 회로구성을 나타내는 회로구성도이다.
도2는 도1의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 파형도이다.
도3은 도1에 나타내는 제어회로의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 파형도이다.
도4는 본 발명에 관한 스위칭 전원장치의 제2실시형태의 회로구성을 나타내는 회로구성도이다.
도5는 도4의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 파형도이다.
도6은 종래의 스위칭 전원장치의 회로구성을 나타내는 회로구성도이다.
도7은 도6의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 파형도이다.
도8은 도6에 나타내는 제어회로의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 파형도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일또는 유사한 부호를 붙이고 있다. 다만 도면은 도식적인 것으로서 현실의 것과는 다르다. 또한 도면 상호간에 있어서도 상호 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있을 경우가 있다.

(제1실시형태)

제1실시형태의 스위칭 전원장치는 도1을 참조하면, 콘덴서(C1)와, 기동회로(1a)와, 1차권선(P1), 2차권선(S1) 및 3차권선(P2)을 구비하는 트랜스(T)와, 예를 들면 ＭＯＳＦＥＴ로 이루어지는 스위칭 소자(Ｑ10)와, 스위칭 소자(Ｑ10)에 흐르는 전류를 검출하는 저항(R10)과, 스위칭 소자(Ｑ10)의 온/오프를 제어하는 제어회로(3a)와, 다이오드(D11) 및 콘덴서(C11)로 이루어지는 제1정류 평활회로와, 다이오드(D10) 및 콘덴서(C10)로 이루어지는 제2정류 평활회로와, 검출회로(7)를 구비하고 있다.

제1실시형태의 스위칭 전원장치는 도6에 나타내는 종래의 스위칭 전원장치에 대하여, 기동회로(1a)와 제어회로(3a)의 구성만이 다르게 되어 있어, 이하에 기동회로(1a) 및 제어회로(3a)의 구성 및 동작에 대해서만 설명한다.

기동회로(1a)는, 저항(R1∼R9)과, 제너 다이오드(ＺＤ1∼ＺＤ3)와, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1, Ｑ3, Ｑ4)와, 다이오드(D1)와, 트랜지스터(Ｑ2, Ｑ5)를 구비하고 있다. 저항(R1), 제너 다이오드(ＺＤ1), ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1), 저항(R3), 저항(R4), 다이오드(D1)로 이루어지는 직렬회로가, 콘덴서(C1)의 정측단자와 트랜스(T)의 1차권선(P1)의 일단과의 접속점과, 제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ) 사이에 접속되어 있다. 저항(R1)과 제너 다이오드(ＺＤ1)의 캐소드가 접속되고, 제너 다이오드(ＺＤ1)의 애노드가 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 드레인에 접속되어 있다. ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 드레인·게이트 사이에는 저항(R2)이 접속되어 있다. 그리고 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 게이트와 다이오드(D1)의 애노드 사이에는 제너 다이오드(ＺＤ2)가 접속되어 있다.

또한 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스와 다이오드(D1)의 애노드 사이에는, 저항(R3)과 저항(R4)으로 이루어지는 직렬회로가 접속되어 있다. 그리고 저항(R4)에 흐르는 전류가 정전류가 되도록, 트랜지스터(Ｑ2)와 제너 다이오드(ＺＤ3)로 이루어지는 직렬회로가, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 게이트와 다이오드(D1)의 애노드 사이에 접속되어 있다. 트랜지스터(Ｑ2)의 베이스는 저항(R3)과 저항(R4)과의 접속점에 접속되고, 트랜지스터(Ｑ2)의 에미터는 제너 다이오드(ＺＤ3)의 캐소드에 접속되어 있다.

저항(R4)의 양단에는, 저항(R5)과 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ3)로 이루어지는 직렬회로가 접속되어 있다. ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ3)의 게이트는, 트랜지스터(Ｑ2)의 에미터와 제너 다이오드(ＺＤ3)의 캐소드와의 접속점에 접속되어, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ3)의 게이트· 소스 사이에는 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 접속되어 있다. ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트는, 저항(R6)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스에 접속되어 있다.

제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이에는 저항(R7)과 저항(R8)으로 이루어지는 직렬회로가 접속되어 있다. 저항(R8)의 단자 사이에 트랜지스터(Ｑ5)의 베이스·에미터가 접속되어 있다. 트랜지스터(Ｑ5)의 컬렉터는, 저항(R9)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트에 접속되어 있다.

또한 트랜지스터(Ｑ5)의 베이스와 저항(R8)의 접속점에는, 제어회로(3a)의 정지신호 출력단자(ＯＦＦ)가 접속되어 있다.

ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1, Ｑ4), 저항(R2, R3, R4, R6), 트랜지스터(Ｑ2)는, 제1정전류회로를 구성한다. 저항(R6)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트에 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스 전압이 가해지면, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 온 상태가 된다. ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 온 상태가 되면, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ3)가 오프되어, 트랜지스터(Ｑ2)의 에미터와 다이오드(D1)의 애노드가 접속된다. 이에 따라 저항(R4)의 전압강하를 트랜지스터(Ｑ2)의 베이스·에미터에서 검출하고, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 게이트 전압이, 저항(R4)의 전압강하가 일정하게 되도록 동작한다. 즉 저항(R4)에 흐르는 전류는 정전류가 되어, 상기의 구성은 제1정전류회로가 된다. 이때의 전류값을 제1정전류(Ｉａ)로 규정한다.

제1정전류가 흐름으로써 다이오드(D1)를 통하여 콘덴서(C10)가 충전되고, 전원전압(Ｖｃｃ)(제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자 사이의 전압)이 미리 설정된 제1임계전압(V1)을 초과하면, 저항(R7)과 저항(R8)을 통하여 트랜지스터(Ｑ5)가 온된다. 또 제1임계전압(V1)은, 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)(예를 들면 18V)보다 낮고, 제어회로(3a)의 정지전압(Ｖｏｆｆ)(예를 들면 9V)보다 더 낮은 전압으로 설정되어 있다. 트랜지스터(Ｑ5)의 온에 따라, 저항(R9)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트 전압이 저하하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 오프된다. ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 오프에 따라 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ3)가 온 상태가 되어, 저항(R4)은 저항(R5)과 병렬저항 접속이 된다. 또한 제너 다이오드(ＺＤ3)의 전압이 상승하고, 트랜지스터(Ｑ2)는, 저항(R4)과 저항(R5)과의 병렬저항의 전압강하를 제너 다이오드(ＺＤ3)의 제너전압을 통하여 검출한다. 이에 따라 저항(R4)과 저항(R5)과의 병렬저항에 흐르는 전류는 정전류가 되며, 또한 제1정전류(Ｉａ)보다 큰 전류값이 된다. 이때의 정전류값을 제2정전류(Ｉｂ)로 규정한다. 따라서 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1, Ｑ3), 저항(R2, R3, R4, R5), 트랜지스터(Ｑ2), 제너 다이오드(ＺＤ3)는, 제2정전류(Ｉｂ)를 공급하는 제2정전류회로를 구성하게 된다.

또 제너 다이오드(ＺＤ2)는, 상기의 제1정전류회로 및 제2정전류회로가 기능하지 않았을 경우에, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)로부터 과대한 전류가 흐르지 않도록 하기 위해서, 저항(R3) 및 저항(R4)에 인가되는 전압을 클램프(clamp)하여 전류제한을 하는 보호소자(保護素子)가 된다.

도2는, 도1의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타낸 것으로, (a)는 입력전압(Ｖｓｔ), (b)는 제어전압(Ｖｃｃ), (c)는 출력전압(Ｖｏｕｔ), (d)는 트랜지스터(Ｑ5)의 ｏｎ/ｏｆｆ 상태, (e)는 기동전류(Ｉｓｔ), (f)는 구동신호(Ｄｒｖ)를 각각 나타내고 있다.

시간(t11)에서 직류전원(E)이 투입되면 직류전원(E)으로부터 저항(R1)에 대한 입력전압(Ｖｓｔ)이 상승한다. 이에 따라 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트에 저항(R6)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스 전압이 더해져, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 온 상태로 되기 때문에, 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제1정전류(Ｉａ)가 흐르기 시작한다.

콘덴서(C10)가 제1정전류(Ｉａ)에 의하여 충전되어, 시간(t12)에서 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1)을 초과하면 트랜지스터(Ｑ5)가 온이 된다. 트랜지스터(Ｑ5)가 온이 되면, 기동전류(Ｉｓｔ)가 제1정전류(Ｉａ)보다 큰 제2정전류(Ｉｂ)로 바뀌어, 제2정전류(Ｉｂ)에 의하여 콘덴서(C10)가 충전된다.

콘덴서(C10)가 제2정전류(Ｉｂ)에 의하여 충전되어, 시간(t13)에서 전원전압(Ｖｃｃ)이 기동전압(Ｖｏｎ)을 초과하면 제어회로(3a)는 기동한다. 제어회로(3a)는 기동하면 스위칭 소자(Ｑ10)를 구동하는 구동신호(Ｄｒｖ)를 출력함과 아울러, 정지신호 출력단자(ＯＦＦ)로부터 정지신호를 출력해서 트랜지스터(Ｑ5)를 오프시킨다. 이에 따라 기동전류(Ｉｓｔ)가 다시 제1정전류(Ｉａ)로 바뀐다. 즉 제어회로(3a)가 기동된 후에도, 기동회로(1a)로부터 제어회로(3a)에 제1정전류(Ｉａ)가 공급된다. 이에 따라 제1정전류(Ｉａ)는, 제어회로(3a)의 기동후로부터 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 전압이 발생할 때까지의 사이에 소비되는 전력으로 충당되어, 제어회로(3a)의 기동에 따른 전원전압(Ｖｃｃ)의 저하를 완화시킬 수 있다. 따라서 콘덴서(C10)를 소용량화하였을 경우에도 기동불량의 발생을 방지할 수 있다.

도3은, 제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서의 도1의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타낸 것으로, (a)는 입력전압(Ｖｓｔ), (b)는 제어전압(Ｖｃｃ), (c)는 출력전압(Ｖｏｕｔ), (d)는 트랜지스터(Ｑ5)의 ｏｎ/ｏｆｆ 상태, (e)는 기동전류(Ｉｓｔ), (f)는 구동신호(Ｄｒｖ)를 각각 나타내고 있다.

제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서, 시간(t21)에 직류전원(E)이 투입되면, 직류전원(E)으로부터 저항(R1)에 대한 입력전압(Ｖｓｔ)이 상승한다. 이에 따라 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)의 게이트에 저항(R6)을 통하여 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스 전압이 더해져, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 온 상태로 되기 때문에, 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제1정전류(Ｉａ)가 흐르기 시작한다. 그러나 제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있기 때문에, 전원전압(Ｖｃｃ)은 제1임계전압(V1)에 도달하는 일이 없고, ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ4)가 온 상태로 유지되어, 제2정전류(Ｉｂ)보다 작은 제1정전류(Ｉａ)가 그대로 계속해서 흐른다. 따라서 기동회로(1a)의 손실은 직류전원(E)×제1정전류(Ｉａ)로 억제할 수 있어, 기동회로(1a)의 열적파괴를 방지할 수 있다.

또 도8은, 종래의 스위칭 전원장치에 있어서 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서의 도1의 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타낸 것으로, (a)는 입력전압(Ｖｓｔ), (b)는 제어전압(Ｖｃｃ), (c)는 출력전압(Ｖｏｕｔ), (d)는 스위치(ＳＷ1)의 ｏｎ/ｏｆｆ 상태, (e)는 기동전류(Ｉｓｔ), (f)는 구동신호(Ｄｒｖ)를 각각 나타내고 있다.

도6에 나타내는 종래의 스위칭 전원장치에 있어서, 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서, 시간(t31)에 직류전원(E)이 투입되면, 기동회로(1)에서는 저항(R1)을 통하여 정전류회로(ＣＣ1)에 입력전압(Ｖｓｔ)이 인가되어, 정전류회로(ＣＣ1)에 의하여 소정의 정전류(Ｉｃ)(예를 들면 2.5mA)가 기동전류(Ｉｓｔ)로서 흐른다. 여기에서 제어회로(3)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있기 때문에, 콘덴서(C10)가 충전되지 않고 전원전압(Ｖｃｃ)은 상승하지 않아 0V 그대로이다. 따라서 정전류회로(ＣＣ1)로부터 정전류(Ｉｃ)가 계속해서 흘러, 기동회로(1)의 손실은 직류전원(E)의 전압(Ｖｓｔ)×정전류(Ｉｃ)가 되어 발열이 커지게 된다. 이에 따라 기동회로(1), 스위칭 소자(Ｑ10)의 손실이 증대하여, 소자를 파괴시키는 경우가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 제1실시형태에 의하면, 트랜스(T)의 1차권선(P1)을 통하여 직류전원(E)에 접속된 스위칭 소자(Ｑ10)와, 스위칭 소자(Ｑ10)의 온/오프를 제어하는 제어회로(3a)와, 트랜스(T)의 2차권선(S1)에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 부하에 공급하는 제1정류 평활회로(다이오드(D11), 콘덴서(C11))와, 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 제어회로(3a)에 전원전압(Ｖｃｃ)으로서 공급하는 제2정류 평활회로(다이오드(D10), 콘덴서(C10))를 구비하는 스위칭 전원장치로서, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)(정지전압(Ｖｏｆｆ))보다 낮은 제1임계전압(V1) 이하인 경우와 기동전압(Ｖｏｎ)을 초과할 경우에는, 제1정전류(Ｉａ)를 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제어회로(3a)에 공급함과 아울러, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1)을 초과하여 기동전압(Ｖｏｎ) 이하인 경우에는, 제1정전류(Ｉａ)보다 큰 제2정전류(Ｉｂ)를 기동전류(Ｉｓｔ)로서 제어회로(3a)에 공급하는 기동회로(1a)를 구비하고 있다. 이 구성에 의하여 전원전압(Ｖｃｃ)이 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)을 초과하여도 제1정전류(Ｉａ)가 제어회로(3a)에 공급되기 때문에, 제어회로(3a)의 기동후에 트랜스(T)의 3차권선(P2)에 발생하는 전압이 동작전압까지 상승할 때까지의 전원전압(Ｖｃｃ)의 저하를 억제할 수 있다. 따라서 동작전압의 안정을 얻을 수 있어, 전원전압(Ｖｃｃ)의 충전용인 콘덴서(C10)를 소용량화해도 기동불량을 발생시키는 일이 없다.

또한 제1실시형태에 의하면, 직류전원(E)의 투입시에 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1) 이하인 때에는, 기동회로(1a)는 제1정전류(Ｉａ)가 흐르므로 기동회로(1a)에서의 손실이 적다. 그리고 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1)을 초과하면, 제1정전류(Ｉａ)보다 큰 제2정전류(Ｉｂ)가 제어회로(3a)에 공급되기 때문에 제어회로(3a)의 기동이 빨라진다.

또한 제1실시형태에 의하면, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제1임계전압(V1)을 초과하는지 여부를 판단하여 제1정전류(Ｉａ) 또는 제2정전류(Ｉｂ)의 기동전류를 선택하므로, 제어회로(3a)의 전원입력단자(ＶＣＣ)와 접지단자(ＧＮＤ) 사이가 단락되어 있는 상태에서도 기동회로(1a)는 열적파괴에 이르지 않는다고 하는 효과를 구비한다.

또한 제1실시형태에 의하면, 도면에 나타나 있지 않은 외부제어신호에 의한 온/오프 제어나, 출력전압의 과전압 등의 이상시(異常時) 등에 의하여 스위칭 전원이 동작을 정지시켜도, 기동회로(1a)가 제1정전류(Ｉａ)를 제어회로(3a)에 공급하므로 전원전압(Ｖｃｃ)의 저하를 방지할 수 있고, 안정하게 정지상태를 유지할 수 있다.

또한 제1실시형태에 의하면, 기동후의 정상동작이 되었을 때에 기동회로(1a)가 제1정전류(Ｉａ)를 제어회로(3a)에 공급하므로, 부하(5)가 무부하 또는 경부하시에 있어서 스위칭 동작이 간헐발진동작(間歇發振動作)이 되어, 트랜스(T)의 3차권선(P2)으로부터 콘덴서(C10)에 대한 충전전류가 부족하여도 제어회로(3a)의 전원전압(Ｖｃｃ)을 보충하는 효과가 있다.

(제2실시형태)

제2실시형태의 스위칭 전원장치의 기동회로(1b)는 도4를 참조하면, 제1실시형태의 스위칭 전원장치의 기동회로(1a)의 구성에 더하여, 다이오드(D2)와 제너 다이오드(ＺＤ4)를 구비하고 있다. 다이오드(D2)는 제너 다이오드(ＺＤ2)와 직렬로 접속되고, 제너 다이오드(ＺＤ2)의 애노드와 다이오드(D1)의 애노드 사이에 접속되어 있다. 제너 다이오드(ＺＤ4)는, 제너 다이오드(ＺＤ2)의 애노드와 다이오드(D2)의 애노드와의 접속점과, 제어회로(3a)의 접지단자(ＧＮＤ) 사이에 접속되어 있다. 또한 제너 다이오드(ＺＤ4)의 제너전압(ＶＺ4)은 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)(예를 들면 18V)보다 높은 전압값으로 설정되어, 제2임계전압(V2)으로서 기능한다.

다이오드(D2)와 제너 다이오드(ＺＤ4)를 설치함으로써, 도5에 나타나 있는 바와 같이 시간(t14)에서 전원전압(Ｖｃｃ)이 제2임계전압(V2)을 초과하면 전원전압(Ｖｃｃ)의 상승에 따라 제1정전류(Ｉａ)의 전류값이 저하된다. 이것은 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 게이트 전압이 제너 다이오드(ＺＤ2와 ＺＤ4)의 직렬 제너전압(ＶＺ2 + ＶＺ4)으로 클램프되기 때문이다.

ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 소스와 다이오드(D1)의 애노드 사이의 전압을 저항(R3)에 흐르는 제1정전류(Ｉａ)로 나타내면, 제너 다이오드(ＺＤ2와 ＺＤ4)의 직렬 제너전압(ＶＺ2 + ＶＺ4)은,

ＶＺ2 + ＶＺ4 = Ｖｃｃ + ＶＦＤ1 + ＶＢＥ2 + (R3 × Ｉａ) + Ｖｇｓ1이 된다.

여기에서 ＶＦＤ1은 다이오드(D1)의 순방향 전압, ＶＢＥ2은 트랜지스터(Ｑ2)의 베이스·에미터간 전압, Ｖｇｓ1은 ＭＯＳＦＥＴ(Ｑ1)의 게이트·소스간 전압이다.

따라서 제1정전류(Ｉａ)는,

Ｉａ = (ＶＺ2 + ＶＺ4 - (Ｖｃｃ + ＶＦＤ1 + ＶＢＥ2 + Ｖｇｓ1)) / R3이 되어, 전원전압(Ｖｃｃ)의 크기에 따라 저하하는 관계식임을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 제2실시형태에 의하면, 기동회로(1b)는 전원전압(Ｖｃｃ)이 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)보다 높은 제2임계전압(V2)을 초과하면, 전원전압(Ｖｃｃ)의 상승에 따라 제1정전류(Ｉａ)를 저하시키도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하여 기동회로(1b)의 소비전력을 경감시킬 수 있다. 또한 스위칭 전원의 정지시 등에 전원전압(Ｖｃｃ)을 정지전압(Ｖｏｆｆ) 이상으로 유지시키는 경우에, 제어회로(3a)의 전원전압(Ｖｃｃ)이 제2임계전압(V2)보다 높을수록, 기동회로(1b)로부터의 전류는 적어도 된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의하여 설명했지만 상기 실시형태는 일례로서, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하여 실시할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

예를 들면 제1실시형태에, 전원전압(Ｖｃｃ)과, 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)보다 높은 임계전압을 비교하는 비교기(comparator) 등의 비교회로를 설치하여, 전원전압(Ｖｃｃ)이 제어회로(3a)의 기동전압(Ｖｏｎ)보다 높은 임계전압을 초과하면, 비교회로의 출력에 의거하여 제1정전류(Ｉａ)를 차단시키도록 구성하더라도 좋다.

1, 1a, 1b ; 기동회로
3, 3a ; 제어회로
5 ; 부하
7 ; 검출회로
E ; 직류전원
C1, C10, C11 ; 콘덴서
R1∼R10 ; 저항
Ｑ1, Ｑ3, Ｑ4 ; ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ2, Ｑ5 ; 트랜지스터
D1, D2, D10, D11 ; 다이오드
ＺＤ1∼ＺＤ4 ; 제너 다이오드
T ; 트랜스

Claims

트랜스의 1차권선을 통하여 직류전원에 접속된 스위칭 소자와,
상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로와,
상기 트랜스의 2차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 부하에 공급하는 제1정류 평활회로(第1整流平滑回路)와,
상기 트랜스의 3차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 상기 제어회로에 전원전압으로서 공급하는 제2정류 평활회로를
구비하는 스위칭 전원장치(switching 電源裝置)로서,
상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압(起動電壓)보다 낮은 제1임계전압 이하인 경우와 상기 기동전압을 넘을 경우에는, 제1정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급함과 아울러, 상기 전원전압이 상기 제1임계전압을 초과하여 상기 기동전압 이하인 경우에는, 상기 제1정전류보다 큰 제2정전류를 상기 기동전류로서 상기 제어회로에 공급하는 기동회로(起動回路)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항에 있어서,
상기 제1임계전압은, 상기 제어회로의 정지전압보다 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기동회로는, 상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압보다 높은 제2임계전압을 초과하면, 상기 전원전압의 상승에 따라 상기 제1정전류를 저하시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
트랜스의 1차권선을 통하여 직류전원에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로와, 상기 트랜스의 2차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 부하에 공급하는 제1정류 평활회로와, 상기 트랜스의 3차권선에 발생하는 전압을 정류 및 평활하여 상기 제어회로에 전원전압으로서 공급하는 제2정류 평활회로를
구비하는 스위칭 전원장치에 설치되고, 상기 직류전원의 투입시에 기동전류를 상기 제어회로에 공급하는 기동회로로서,
상기 전원전압이 상기 제어회로의 기동전압보다 낮은 제1임계전압 이하인 경우와 상기 기동전압을 초과할 경우에는, 제1정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급함과 아울러, 상기 전원전압이 상기 임계전압을 초과하여 상기 기동전압 이하인 경우에는, 상기 제1정전류보다 큰 제2정전류를 기동전류로서 상기 제어회로에 공급하는 것을 특징으로 하는 기동회로.