KR20140104897A

KR20140104897A - 오버슈트 감소회로

Info

Publication number: KR20140104897A
Application number: KR1020130163310A
Authority: KR
Inventors: 오사무 오타케
Original assignee: 산켄덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-08-29
Also published as: TW201444246A; JP6136064B2; JP2014165550A; TWI513156B

Abstract

(과제)
스위칭 전원장치의 다이내믹 부하에 있어서, 출력전압을 정격전압보다 상승시키지 않는 제어를 가능하게 한다.
(해결수단)
오버슈트 감소회로(1)는, 콘덴서(C2), 저항(R4)으로 이루어지는 미분회로와 NPN형 트랜지스터(Q), 저항(R5, R6), 다이오드(D)로 이루어지며, 출력전압(Vout)의 전압변동(ΔVout)을 미분회로에 의하여 검출하고, 검출된 전압변동(ΔVout)중에 출력전압 상승신호만을 NPN형 트랜지스터(Q)에 의하여 증폭하여, 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 전류를 흐르게 함으로써 출력전압(Vout)의 전압상승을 완만하게 하는 기능을 갖춘다.

Description

오버슈트 감소회로{OVERSHOOT REDUCTION CIRCUIT}

본 발명은 스위칭 전원장치(switching 電源裝置)에 관한 것으로서, 특히 다이내믹 부하상태(dynamic 負荷狀態)에 있어서 출력전압을 미리 설정된 정격전압보다 상승시키지 않는 제어에 관한 것이다.

스위칭 전원장치에 있어서, 교류전원을 수전(受電)하여 기동할 때에, 출력전압의 급격한 상승에 의하여 설정전압을 크게 초과하여 버리는 것을 완화시키기 위해서 소프트 스타트 회로(soft start 回路)가 갖추어져 있다.

특허문헌1에 있어서는, 피드백 제어에 있어서의 위상보상정수(位相補償定數)인 콘덴서(26), 저항(24)과 위상이 빨라지는 요소가 되는 미분회로(微分回路)(22, 20)의 이외에 트랜지스터(50)와 콘덴서(56)를 사용한 전원기동시의 소프트 스타트가 개시(開示)되어 있다. 이것은 전원기동시에 트랜지스터(50)의 베이스 전류를 콘덴서(56)의 충전전류로 함으로써 얻어, 컬렉터 전류를 저항(52)을 통하여 오차증폭기(誤差增幅器)인 션트 레귤레이터(shunt regulator)(14)의 레퍼런스 단자(reference 端子)에 입력하여, 출력전압의 상승이 완만해지도록 포토커플러(16)를 통하여 1차측에 있는 PWM제어회로에 피드백시키는 것이다.

; 미국 공개특허 특개US2003/0156438 공보

특허문헌1에 있는 바와 같이 스위칭 전원장치에는 소프트 스타트 회로가 탑재되어 있으며, 전원투입/기동시의 출력전압상승이 급격하게 변동되어 오버슈트하지 않는 대책이 이루어지고 있다.

또한 부하급변 등의 다이내믹 부하변동에 의한 출력전압변동을 감소시키기 위해서, 2차측의 오차증폭기인 션트 레귤레이터(14)의 레퍼런스 단자(R)에 콘덴서(26)와 저항(24)의 직렬회로로 이루어지는 미분회로가 접속되어 있다. 이른바 출력전압의 변동분을 미분회로로 추출하여, 추출된 신호를 오차증폭기에 입력함으로써 출력전압변동을 적극적으로 보정하는 것이다.

그러나 종래기술에 있어서는, 오차증폭기의 위상보상정수와 상기의 미분회로정수의 경합(競合)이 발생하기 쉬워, 도4에 나타나 있는 바와 같이 다이내믹 부하변동의 온/오프 주기에 의하여 오차증폭기의 위상보상정수의 안정성이 무너져 출력전압에 링잉(ringing)을 발생하는 등의 문제가 내재되어 있었다. 또한 다이내믹 부하변동의 온/오프 주기가 짧아져, 링잉중에 부하급변이 반복해서 발생하면 딥전압(dip電壓)이 조장(助長)될 가능성도 있었다.

본 발명은 상기 스위칭 전원장치에 있어서, 소프트 스타트 기능과 다이내믹 부하변동에 의한 출력전압변동의 오버슈트 성분을 감소하고, 또한 오차증폭기인 션트 레귤레이터의 제어계(制御系)의 안정성을 도모하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 오버슈트 감소회로는, 포토커플러를 사용하여 출력전압과 기준전압과의 오차신호를 제어회로에 피드백하는 오차증폭회로에 구비되는 오버슈트 감소회로로서, 출력전압의 상승변화만을 검출하여 증폭하는 증폭기를 구비하고, 증폭기는, 출력전압의 상승변화에 따라 포토커플러의 포토다이오드에 오차증폭기의 전류와는 다른 전류를 흐르게 하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 관한 오버슈트 감소회로의 증폭기는, 저항과 콘덴서로 이루어지는 미분회로와 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 오버슈트 감소회로에 의하면, 전원기동시의 출력전압의 소프트 스타트 기능을 포함하여, 다이내믹 부하상태에 있어서도 소정의 전압으로 설정된 정격전압보다 상승시키지 않고, 안정된 전압을 얻을 수 있다.

또한 출력전압의 오버슈트가 발생하지 않으므로, 다이내믹 부하시의 출력전압딥(出力電壓dip)의 1/2에 상당하는 전압을 출력전압 설정값에 더 올림으로써 전압정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예1에 관한 오버슈트 감소회로를 나타내는 구성도이다.
도2는 도1에 관한 오버슈트 감소회로의 부하-출력전압을 나타내는 출력 특성도이다.
도3은 종래기술에 관한 오차증폭기를 나타내는 구성도이다.
도4는 종래기술에 관한 오차증폭기의 부하-출력전압을 나타내는 출력 특성도이다.

이하, 본 발명의 실시형태의 오버슈트 감소회로를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

[실시예]

도1은, 본 발명의 실시예1에 관한 오버슈트 감소회로를 나타내는 구성도이다.

도1을 사용하여 본 실시예에 관한 오버슈트 감소회로의 구성에 대해서 설명한다.

스위칭 전원장치의 전체 구성도를 도면에는 나타내지 않았지만, 도1은, 플라이백 방식(flyback 方式) 등의 절연형 스위칭 전원장치의 출력전압(Vout)을 검출하여, 소정의 출력전압으로 제어하기 위한 2차측의 오차증폭회로를 나타낸다. 오차증폭회로는 출력전압을 검출하는 저항(R1, R2)의 직렬회로와, 션트 레귤레이터(IC) 및 오버슈트 감소회로(1)로 구성되어 있다. 션트 레귤레이터(IC)는, 소정의 기준전압을 내장하고, 저항(R1, R2)의 분압전압을 비교하여, 그 오차신호분을 증폭해서 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 전류를 흐르게 한다.

도면에 나타나 있지 않은 포토커플러의 수광측(受光側)의 포토 트랜지스터는, 1차측에 있는 제어회로의 피드백 단자에 접속되어, 상기의 오차신호를 제어회로에 전달하여 출력전압(Vout)이 미리 설정된 출력전압이 되도록, 스위칭 소자를 온/오프 제어한다.

여기에서 오버슈트 감소회로(1)는, 콘덴서(C2), 저항(R4)으로 이루어지는 미분회로와 NPN형 트랜지스터(Q), 저항(R5, R6), 다이오드(D)로 이루어지며, 출력전압(Vout)의 전압변동(ΔVout)을 미분회로에 의하여 검출하여, 검출된 전압변동(ΔVout)중에 출력전압 상승신호만을 NPN형 트랜지스터(Q)에 의하여 증폭하여 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 전류를 흐르게 함으로써 출력전압(Vout)의 전압상승을 완만하게 하는 기능을 갖춘다.

도2는, 도1에 관한 오버슈트 감소회로(1)의 부하-출력전압을 나타내는 출력 특성도이다.

다음에 오버슈트 감소회로(1)의 상세한 동작에 대해서, 도1 및 도2를 참조하면서 설명한다.

오버슈트 감소회로(1)는, 콘덴서(C2), 저항(R4)으로 이루어지는 미분회로는 NPN형 트랜지스터(Q)의 베이스 단자에 접속되고, 에미터 단자는 GND에 접속되어 있다. NPN형 트랜지스터(Q)의 베이스·에미터 단자에는 저항(R5)과 다이오드(D)가 병렬로 접속되고, 다이오드(D)의 애노드가 GND에 접속되어 있다. NPN형 트랜지스터(Q)의 컬렉터 단자는, 저항(R6)을 통하여 포토커플러(PC)의 포토다이오드의 캐소드에 접속되고, 포토다이오드의 애노드는 출력전압(Vout)의 라인에 접속되어 있다.

포토다이오드의 캐소드는 저항(R3)을 통하여 션트 레귤레이터(IC)의 캐소드에 접속되어서, 션트 레귤레이터(IC)로부터의 오차신호전류는 저항(R3)을 통해서 흐르는 접속이 되어 있다.

따라서 오버슈트 감소회로(1)의 출력전류(IQ)는, 션트 레귤레이터(IC)로부터의 오차신호전류와는 다른 경로로 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 흐르는 구성으로 되어 있다.

또한 도4에 나타낸 종래기술에 관한 오차증폭기의 구성과 달리, 도3에서 나타나 있는 출력전압(Vout)라인∼션트 레귤레이터(IC)의 레퍼런스 단자(R) 사이에 접속된 위상이 빨라지는 요소인 미분회로는, 후술하는 바와 같이 회로 자체의 효과가 반감되기 때문에, 도1의 실시예에서는 삭제하고 있다.

우선 시간(t0)에서 전원이 투입되어 출력전압(Vout)이 상승하면, 오버슈트 감소회로(1)의 미분회로를 통하여 NPN형 트랜지스터(Q)의 베이스에 전류가 흐르고, 저항(R6)을 통하여 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 전류를 흘려, 출력전압(Vout)은 시간이 경과함과 아울러 서서히 상승한다. 출력전압(Vout)이 소정의 설정전압 근방까지 상승하면 션트 레귤레이터(IC)로부터의 전류가 흐르기 시작한다. 시간(t1)에 있어서 오버슈트 감소회로(1)로부터의 전류는 저하해 제로가 되고, 션트 레귤레이터(IC)의 전류로 절체(切替)하여, 출력전압(Vout)은 소정의 설정전압으로 제어된다. 여기에서 오버슈트 감소회로(1)의 미분회로의 콘덴서(C2)에는 출력전압(Vout)이 충전되어 있으므로, 오버슈트 감소회로(1)는 출력전압이 안정되어 있는 상태에서는 동작을 정지한다.

다음에 부하전류가 시간(t2∼t3)의 기간에서 흐르면, 션트 레귤레이터(IC)의 캐소드·레퍼런스 단자(R) 사이에 접속되어 있는 콘덴서(C1)의 위상보상 정수값에 의하여 부하응답이 늦어서 출력전압이 딥 하고나서 상승한다. 이 출력전압이 딥 했을 때에, 오버슈트 감소회로(1)의 미분회로의 콘덴서(C2)로부터 다이오드(D) 및 저항(R4, R5)을 통하여 출력전압의 딥전압분이 방전되고, 다음에 출력전압(Vout)이 상승으로 전환하면 콘덴서(C2)를 통하여 전류(Ic2)가 흘러, NPN형 트랜지스터(Q)의 베이스를 흐른다. 따라서 NPN형 트랜지스터(Q)는 전류(Ic2)를 증폭한 컬렉터 전류(IQ)를, 저항(R6)을 통하여 포토커플러(PC)의 포토다이오드에 흘린다. 이에 따라 출력전압(Vout)은, 오버슈트 감소회로(1)로부터의 전류에 의하여 완만하게 상승한다. 시간(t4)에 있어서, 출력전압이 소정의 출력전압 근방까지 상승하면 션트 레귤레이터(IC)로부터의 전류가 흐르기 시작하고, 또한 콘덴서(C2)는 저항(R4) 및 저항(R5)을 통하여 거의 출력전압까지 충전되므로, 오버슈트 감소회로(1)는 기능을 정지한다.

이상과 같이 오버슈트 감소회로(1)는, 출력전압(Vout)이 상승하고 있는 과도시에만 동작하고, 출력전압(Vout)이 안정상태 또는 하강하고 있는 경우에는 기능하지 않는다. 즉 출력전압의 상승변화가 없는 경우에는 피드백 제어에 관여하지 않기 때문에, 션트 레귤레이터(IC)의 위상보상은 콘덴서(C1)의 정수만으로 보상되므로, 정적부하변동(靜的負荷變動), 온도변화 등에 의한 위상보상을 설정하기 쉽고, 또한 피드백 제어계의 위상여유도(位相余裕度)를 크게 얻을 수 있게 된다.

또한 동적부하변동(動的負荷變動)의 경우에 출력전압(Vout)의 전압딥은, 상기의 콘덴서(C1)의 위상보상정수에 의하여 결정되고, 또한 스위칭 전원장치의 과전류제한값에 의하여 좌우되므로, 오버슈트 감소회로(1)는 관여하지 않는다.

오버슈트 감소회로(1)가 관여하는 것은 출력전압(Vout)의 상승변화뿐이며, 출력전압(Vout)을 소정의 설정된 전압보다 초과하지 못하게 함으로써 출력전압변동의 정밀도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

이에 따라 부하장치에서 요구되는 하한치(下限値)보다 마진을 갖게 하고 싶을 경우에는, 동적부하변동에 있어서의 출력전압(Vout)의 전압딥의 피크값의 약 1/2의 전압분을 출력전압의 설정시에 중첩시켜서, 높게 설정함으로써 가능하게 된다.

또한 오버슈트 감소회로(1)는, 도2로부터 분명하게 나타나 있는 바와같이 소프트 스타트 기능의 효과도 겸비하고 있다.

이상, 본 발명의 실시예의 일례에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 관련된 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위내에 있어서, 다양한 변형, 변경이 가능하다.

예를 들면 스위칭 전원장치는 플라이백 방식을 사용하여 설명하였지만, 포워드 방식(forward 方式) 등으로도, 공진형 방식(共振型方式)으로도 변경이 가능하다.

또한 오버슈트 감소회로(1)의 NPN형 트랜지스터(Q)는, NMOS 트랜지스터로 치환하여도 좋다.

1 ; 오버슈트 감소회로
C1, C2 ; 콘덴서
D ; 다이오드
IC ; 션트 레귤레이터
Q ; NPN형 트랜지스터
PC ; 포토커플러
R1∼R6 ; 저항

Claims

포토커플러(photo coupler)를 사용하여 출력전압과 기준전압과의 오차신호(誤差信號)를 제어회로에 피드백하는 오차증폭회로에 구비되는 오버슈트 감소회로로서,
출력전압의 상승변화만을 검출하여 증폭하는 증폭기(增幅器)를 구비하고,
상기 증폭기는, 상기 출력전압의 상승변화에 따라 상기 포토커플러의 포토다이오드(photo diode)에 상기 오차증폭기의 전류와는 다른 전류를 흐르게 하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 오버슈트 감소회로.
제1항에 있어서,
상기 증폭기는, 저항과 콘덴서로 이루어지는 미분회로(微分回路)와 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 오버슈트 감소회로.