KR20150025760A - Dc 전원의 극성 변환장치 - Google Patents

Dc 전원의 극성 변환장치 Download PDF

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Abstract

DC 전원의 극성을 변환하는 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예의 장치는, 입력되는 DC 전원의 극성과 관계없이, 상기 DC 전원의 전압 중 높은 전압(제1전압)과 낮은 전압(제2전압)을 구분하여 출력하고, 이로부터 DC 전원의 극성을 판별하고, 이에 따라 정전압이 출력되도록 제어할 수 있다.

Description

DC 전원의 극성 변환장치{POLARITY SWITCHING CIRCUIT FOR DC INPUT POWER}
본 발명은 DC 전원의 극성 변환장치에 관한 것이다.
단수 또는 복수의 DC 전원을 사용하는 전자기기를 이용하는 경우, 사용자의 실수에 의해 역방향 전원이 인가되는 경우가 빈번하게 발생된다. 이러한 경우 회로를 보호하기 위해, 역전압 보호회로가 사용되었다.
도 1은 종래 사용되던 전원보호회로의 구성도로서, 퓨즈(fuse)(110)와 TVS(120)로 구성된다.
퓨즈(110)는 전압의 변동이나 단락, 또는 예정된 전류보다 높은 전류가 흐르는 경우 자동으로 회로를 오프(off)하여 전자기기를 보호한다. 그러나, 퓨즈(110)는 전원을 켜고 뜨는 반복동작이나, 순간적으로 플러그를 잘못 연결하여 생기는 서지(surge) 전류에 의해서도 손상되므로, 자주 교체하여야 하는 문제가 있다.
TVS(120)는 최대 허용전압을 초과하는 과전압이나 임펄스 노이즈를 제거하며, 역전압이 인가된 경우 단락되어 역방향 과전류에 의해 퓨즈(110)가 끊어져 역전압을 모두 차단시키는 역할을 한다.
이와 같이 종래의 전원보호회로는, 주로 과전압 및 과전류가 인가되거나, 또는 역전압이 인가된 경우, 이를 퓨즈(110)를 이용하여 차단하는 방식을 채택하였다.
그러나, 퓨즈(110)는 전자기기의 내부에 배치되기 때문에, 과전류에 의해 오픈(open)된 경우에 이를 교체하기 위해서는 전자기기의 본체를 분해한 후 새로운 퓨즈로 교체해야만 하는 번거로움이 있다. 또한, 퓨즈(110)를 교체할 경우에는 반드시 규정된 용량의 퓨즈를 구입해야 하며, 1회만 사용하도록 제조된 소모성 부품이기 때문에 교체시 추가적인 경제적 비용 및 시간이 계속 발생하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 공급되는 DC 전원의 극성에 문제가 발생하더라도 시스템을 정상으로 유지하면서 DC 전원의 극성을 전환하는 DC 전원의 극성 변환장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 극성 변환장치는, 입력되는 DC 전원의 극성과 관계없이, 상기 DC 전원의 전압 중 높은 전압(제1전압)과 낮은 전압(제2전압)을 구분하여 출력하는 고정전원 생성부; 상기 고정전원 생성부의 출력으로부터, DC 전원의 극성을 판별하여 출력하는 감지부; 및 상기 감지부의 출력에 따라, 정전압이 출력되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 고정전원 생성부는, 상기 제1전압과 상기 제2전압의 논리합을 출력하는 제1연산부; 및 상기 제1 및 제2전압의 논리곱을 출력하는 제2연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1연산부는, 상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하는 제1 및 제2스위칭소자가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2연산부는, 상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하는 제3 및 제4스위칭소자가 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 감지부는, 상기 제1 및 제2연산부의 출력을 비교하여 출력하는 제1 및 제2비교부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1비교부의 출력과 연결되는 제5스위칭소자; 상기 제1비교부의 출력과 연결되는 제1반전부; 상기 제1반전부의 출력과 연결되는 제6스위칭소자; 상기 제2비교부의 출력과 연결되는 제7스위칭소자; 상기 제2비교부의 출력과 연결되는 제2반전부; 및 상기 제2반전부의 출력과 연결되는 제8스위칭소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제5스위칭소자는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제1단자를, 상기 제6스위칭소자는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제1단자를, 상기 제7스위칭소자는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제2단자를, 상기 제8스위칭소자는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제2단자를 연결할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, DC 전원을 사용하는 전자기기를 이용하는 경우에, 사용자의 실수에 의해 역방향 전원이 인가되어도 공급되는 입력전원의 극성을 변환함으로써, 역전압에 의해 전원이 차단되거나 또는 DC 전원 공급장치가 파손되는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 사용되던 전원보호회로의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC 전원의 극성 변환장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 본 발명의 DC 전원의 극성 변환장치의 상세 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 논리곱 연산부와 논리합 연산부의 상세 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC 전원의 극성 변환장치의 구성도로서, 전자기기의 DC 전원 입력부의 전단에 배치되는 것이다. 즉, 도 2의 Vout이 전자기기의 입력전원이 된다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 극성 변환장치(1)는, 고정전원 생성부(10), 전원극성 감지부(20) 및 전원극성 제어부(30)를 포함한다.
고정전원 생성부(10)는 DC 전원이 입력(Vin)되는 경우, 극성과 관계없이 높은 전압과 낮은 전압을 구분하여 출력한다.
전원극성 감지부(20)는, 전원의 극성을 판별하여 출력신호를 생성할 수 있다. 전원극성 감지부(20)는, 예를 들어 비교기를 사용할 수 있으며, 상세한 예에 대해서는 추후 설명하기로 한다.
전원극성 제어부(30)는, 전원극성 감지부(20)가 출력한 신호를 통해 DC 전원인 Vin의 극성과 관계없이 Vout으로 항상 정방향 전원이 출력되도록 제어한다. 전원극성 제어부(30)는, 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 이에 대해 아래에서 설명한다.
도 3은 도 2의 본 발명의 DC 전원의 극성 변환장치의 상세 회로도이다. 다만, 본 발명의 회로도는 예시적인 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 기능을 하는 다른 소자로 구성될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 고정전원 생성부(10)는 논리곱 연산부(11) 및 논리합 연산부(12)를 포함한다. 도 4a 및 도 4b는 각각 도 3의 논리곱 연산부(11)와 논리합 연산부(12)의 상세 회로도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 논리곱 연산부(11)는 스위칭소자(41, 42)가 직렬로 연결된 것으로 구성될 수 있으며, 논리합 연산부(12)는 스위칭소자(43, 44)가 병렬로 연결된 것으로 구성될 수 있다. 스위칭소자(41 내지 44)는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전원극성 감지부(20)는, 제1비교부(21) 및 제2비교부(22)를 포함한다.
또한, 전원극성 제어부(30)는, 제1 내지 제4스위칭소자(31 내지 34) 및 제1반전부(35) 및 제2반전부(36)를 포함한다. 제1 내지 제4스위칭소자(31 내지 34)는 예를 들어 금속산화막반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
제1비교부(21)의 출력은 제1스위칭소자(31)와 제1반전부(35)에 연결되며, 제1반전부(35)의 출력은 제4스위칭소자(34)에 연결될 수 있다. 제1스위칭소자(31)는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제1단자를 연결하며, 제4스위칭소자(34)는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제1단자를 연결한다. 즉, 제1스위칭소자(31)가 온되면, 입력전원의 제1단자의 전압(vdd)이 출력전원의 제1단자의 전압(VDD)으로 출력되며, 제4스위칭소자(34)가 온되면, 입력전원의 제1단자의 전압(vdd)이 출력전원의 제2단자의 전압(VSS)으로 출력된다.
마찬가지로, 제2비교부(22)의 출력은 제2스위칭소자(32)와 제2반전부(36)에 연결되며, 제2반전부(36)의 출력은 제3스위칭소자(33)에 연결될 수 있다. 제2스위칭소자(32)는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제2단자를 연결하며, 제3스위칭소자(33)는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제2단자를 연결한다. 즉, 제2스위칭소자(32)가 온되면, 입력전원의 제2단자의 전압(vss)이 출력전원의 제2단자의 전압(VSS)으로 출력되며, 제3스위칭소자(33)가 온되면, 입력전원의 제2단자의 전압(vss)이 출력전원의 제1단자의 전압(VDD)으로 출력된다.
즉, 제1 및 제2스위칭소자(31, 32)의 온(제3 및 제4스위칭소자(33, 34)의 오프)으로 인해 입력전원의 극성이 그대로 출력전원으로 출력되며, 제3 및 제4스위칭소자(33, 34)의 온(제1 및 제2스위칭소자(31, 32)의 오프)으로 인해, 입력전원의 극성이 반전되어 출력전원으로 출력될 수 있다.
이하, 도 3의 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
논리곱 연산부(11)는, 입력된 DC 전원(Vin)의 vdd, vss의 극성에 관계없이 낮은 전압(VSS')을 출력할 수 있다. 또한, 논리합 연산부(12)는, 입력된 DC 전원(Vin)의 vdd, vss의 극성에 관계없이 높은 전압(VDD')을 출력할 수 있다. 이때, 논리곱 연산부(11)의 출력인 VSS'와 논리합 연산자(12)의 출력인 VSS'는 전원극성 감지부(20)의 제1 및 제2비교부(21, 22)의 전원단자로 입력될 수 있다.
만약, 정방향 DC 전원이 인가(vdd>vss)되었을 경우, 제1비교부(21)는 전원의 극성을 감지하여 HIGH 신호를 출력하고, 제2비교부(22) 역시 전원의 극성을 감지하여 HIGH 신호를 출력한다.
따라서, 전원극성 제어부(30)의 제1 및 제2스위칭소자(31, 32)는 ON되고, 제1 및 제2반전부(35, 36)에 의해 제3 및 제4스위칭소자(33, 34)는 OFF된다. 즉, Vin 입력전원이 반전없이 Vout으로 출력된다.
한편, 역방향 DC 전원이 인가(vss>vdd)된 경우, 제1비교부(21)는 전원의 극성을 감지하여 LOW 신호를 출력하고, 제2비교부(22) 역시 LOW 신호를 출력한다.
따라서, 전원극성 제어부(30)의 제1 및 제2스위칭소자(31, 32)는 OFF되고, 제1 및 제2반전부(35, 36)에 의해 제3 및 제4스위칭소자(33, 34)는 ON된다. 즉, Vin 입력전원이 반전되어 Vout으로 출력될 수 있다.
즉, 도 3에서, Vin 입력전원의 극성과 무관하게 Vout 출력전원은 항상 정방향 전원이 출력될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 고정전원 생성부 20: 전원극성 감지부
30: 전원극성 제어부

Claims (7)

  1. 입력되는 DC 전원의 극성과 관계없이, 상기 DC 전원의 전압 중 높은 전압(제1전압)과 낮은 전압(제2전압)을 구분하여 출력하는 고정전원 생성부;
    상기 고정전원 생성부의 출력으로부터, DC 전원의 극성을 판별하여 출력하는 감지부; 및
    상기 감지부의 출력에 따라, 정전압이 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는 극성 변환장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정전원 생성부는,
    상기 제1전압과 상기 제2전압의 논리합을 출력하는 제1연산부; 및
    상기 제1 및 제2전압의 논리곱을 출력하는 제2연산부를 포함하는 극성 변환장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1연산부는,
    상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하는 제1 및 제2스위칭소자가 직렬로 연결되어 구성되는 극성 변환장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2연산부는,
    상기 제1전압과 상기 제2전압을 수신하는 제3 및 제4스위칭소자가 병렬로 연결되어 구성되는 극성 변환장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 감지부는,
    상기 제1 및 제2연산부의 출력을 비교하여 출력하는 제1 및 제2비교부를 포함하는 극성 변환장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1비교부의 출력과 연결되는 제5스위칭소자;
    상기 제1비교부의 출력과 연결되는 제1반전부;
    상기 제1반전부의 출력과 연결되는 제6스위칭소자;
    상기 제2비교부의 출력과 연결되는 제7스위칭소자;
    상기 제2비교부의 출력과 연결되는 제2반전부; 및
    상기 제2반전부의 출력과 연결되는 제8스위칭소자를 포함하는 극성 변환장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제5스위칭소자는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제1단자를, 상기 제6스위칭소자는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제1단자를, 상기 제7스위칭소자는 입력전원의 제2단자와 출력전원의 제2단자를, 상기 제8스위칭소자는 입력전원의 제1단자와 출력전원의 제2단자를 연결하는 극성 변환장치.
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