KR20150054222A - 전원공급 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변화하는 부하를 갖는 장치에 전원을 공급하는 방법에 관한 것이다.
전원공급 방법은, 변화하는 부하를 갖는 장치에, 펄스 폭 변조(PWM)신호에 따른 스위칭에 의해 소정의 전압을 출력하는 단계 및 상기 출력을 감지하여 상기 PWM 신호를 조절하되, 상기 PWM신호는 상기 장치의 감지된 부하전류에 따라 변화하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 장치의 과부하에도 장치의 특성을 손상시키지 않을 뿐만 아니라 전원공급장치의 부품을 보호할 수 있다.

Description

전원공급 방법 및 장치{A DEVICE AND METHOD FOT SUPPLYING THE POWER}
본 발명은 전원공급방법 및 장치, 더욱 상세하게는 부하가 변화하는 오디오와 같은 장치의 과부하에도 오디오 성능을 손상시키지 않으면서 전원공급장치의 부품을 보호할 수 있는 전원공급방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 오디오 전원공급장치는 부하에 관계 없이 일정전압(Constant Voltage)을 출력한다. 이로 인해 피크(Peak)성 오디오 부하조건에서는 정격의 수배에 해당하는 과부하 상태가 되며, 이러한 조건이 지속될 경우 오디오 전원공급장치 내 부품의 발열이 심화되어 PL(Product Liability) 불량에 이를 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 플라이백(Flyback)형 오디오 전원공급장치(10)를 나타낸다. 도1과 같이, AC 전원이 인가되면 브릿지(Bridge) 정류회로(11)를 거쳐 PWM IC(12)의 스타트업(Start-up) 회로에 의해 스위칭 소자(Mos-FET)(SW1)은 스위칭 동작을 시작하고, 스위칭 동작에 따른 1차 트랜스포머(13) 및 2차 트랜스포머(14)의 동작에 VCC 전압이 인가되어 PWM IC(12)는 정상 동작하게 된다. 1차 트랜스포머(13)의 2차 출력전압을 션트 레귤레이터(Shunt Regulator), 출력 분할 저항(R2), 포토 커플러(photo-coupler)로 구성된 피드백(Feedback) 회로(15)를 통해, PWM IC(12)로 신호를 전달하여 스위칭 소자(SW1)를 온/오프(ON/OFF) 제어한다.　이와 같이, 1차 트랜스포머(13)의 출력(Vamp)이 시작되며, 이 출력은 피드백(Feedback) 제어를 통해 레귤레이션(Regulation)이 이루어진다. 피드백제어 제어를 통한 출력 전압 레귤레이션은 하기와 같은 동작을 통해 이루어 진다.
출력 분할 저항(R2)의 양단 전압이 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)의 기준전압(Ref)보다 클 경우 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)는 도통되며, 포토 커플러의 1차측에 전류가 흐르게 된다. 결과적으로 포토 커플러 2차측에도 신호가 전달되어, 2차측에는 전류 흐르게 되어 PWM IC(12)의 스위칭 듀티(Duty)가 가변된다.
도2와 같이 전원공급장치(10)는 부하전류의 증감에도 피드백 제어를 통해 일정전압(CV)을 유지하도록 레귤레이션 된다. 또한 부하가 지속적으로 증가하여 과부하 상태가 되면 보호회로가 동작하여 출력전압이 셧다운(보호 동작) 되도록 설계하기도 한다.
예를 들면 오디오 전원공급장치의 경우, 순간적인 오디오 피크 출력에 대해 순간 최대 피크 전력을 적절하게 공급을 해주어야 한다. 오디오 피크 출력 조건이 지속되는 음원의 경우에도 출력전압이 일정하게 공급되므로, 정규 출력 대비 수배 높은　전력이 지속적으로 공급될 수 있다. 결과적으로 정격 설계치를 상회하는 비 정상적인 전력의 지속적인 공급으로, 전원공급장치(10) 내 반도체 및 마그네틱 류의 부품이 과열되어 PL불량으로 이어질 수 있는 심각한 문제를 초래할 수 있다.
　이러한 오디오 피크 출력에 대응을 위해, 트랜스포머(Transformer) 및 입출력 전해 캐패시터(Capacitor)의 용량(Size)을 오버 스펙으로 설계할 수는 있지만, 이 경우 가격 상승의 원인이 되는 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 순간적인 피크 출력에 대해서는 순간최대 피크 전력을 적절하게 공급해주면서도 피크 출력 조건이 지속될 경우에 전력공급의 과열현상을 방지할 수 있는 전원공급장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 전원공급장치는, 변화하는 부하를 갖는 장치에 소정의 전압을 출력하는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 전압 출력을 펄스 폭 변조(PWM)신호에 따라 스위칭하는 스위칭부, 상기 PWM신호를 상기 스위칭부에 공급하는 PWM 신호 공급부, 상기 트랜스포머의 출력을 감지하여 상기 PWM 신호 공급부에 제어신호를 인가하는 피드백 회로부 및 상기 장치의 부하전류를 감지하고, 상기 부하전류에 따라 상기 피드백 회로부가 감지하는 출력을 조절하여 상기 피드백 회로부의 제어신호를 조절하는 출력전압 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 트랜스는 플라이 백 타입, LLC공진 타입, 포워드(Forward) 타입, 푸쉬풀(push-pull) 타입, 및 하프 브릿지(half bridge)타입 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 출력전압 제어부는 상기 부하전류를 감지를 위한 션트(shunt)저항을 포함할 수 있다.
상기 션트(shunt)저항은 하이 사이드(high side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 부하 사이에 연결될 수 있다.
상기 션트(shunt)저항은 로우 사이드(low side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 그라운드(GND) 사이에 연결될 수 있다.
상기 출력전압 제어부는 상기 부하전류를 감지를 위해 션트(shunt)저항에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부, 상기 감지된 전류에 따라 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부 및 상기 PWM 신호 생성부에서 출력한 PWM 신호에 따라 상기 피드백 회로부가 감지하는 출력을 조절하는 출력전압 가변부를 포함할 수 있다.
상기 출력전압 제어부는 부하전류의 증가에 따라 트랜스포머의 출력전압을 감소시킬 수 있다.
상기 전류감지부는 차동증폭기(OP-AMP)를 포함할 수 있다.
상기 PWM 신호 생성부는 부하 전류가 소정 값을 초과하는 경우 PWM 신호 공급부를 정지시키는 셧다운(shut down) 신호를 생성할 수 있다.
상기 피드백 회로부는 상기 트랜스의 출력과 그라운드 사이에 병렬로 연결된 션트(shunt) 레귤레이터와 제1저항을 포함하며, 상기 출력전압 가변부는 상기 제1저항에 병렬 연결되는 제2저항과 상기 제2저항에 직렬 연결되어 상기 PWM 신호 생성부에서 공급하는 PWM신호에 따라 스위칭 동작하는 하는 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급방법은, 변화하는 부하를 갖는 장치에, 펄스 폭 변조(PWM)신호에 따른 스위칭에 의해 소정의 전압을 출력하는 단계 및 상기 출력을 감지하여 상기 PWM 신호를 조절하되, 상기 PWM신호는 상기 장치의 감지된 부하전류에 따라 변화하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 소정 전압의 출력은 플라이 백 타입, LLC공진 타입, 포워드(Forward) 타입, 푸쉬풀(push-pull) 타입, 및 하프 브릿지(half bridge)타입 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다.
상기 부하전류의 감지는 션트(shunt)저항을 통해 수행될 수 있다.
상기 PWM신호를 변화시키는 단계는 상기 부하전류를 감지를 위해 션트(shunt)저항에 흐르는 전류를 감지하는 단계, 상기 감지된 전류에 따라 PWM 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 PWM 신호에 따라 상기 감지된 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 부하전류 감지는 차동증폭기(OP-AMP)에 의해 수행될 수 있다.
상기 부하 전류가 소정 값을 초과하는 경우 PWM 신호 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 순간적인 피크 출력에 대해서는 순간최대 피크 전력을 적절하게 공급해주면서도 피크 출력 조건이 지속될 경우에 전력공급의 과열현상을 방지하여 PL불량을 해결할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부하가 급격히 변화하는 고출력 장치용 최적 전원공급 솔루션을 확보하고, 정격 설계에 의한 기존 설계 용량　대비　트랜스포머　및 전해　캐패시터 크기를 축소할 수 있어 재료비 절감 효과가 있다.
도 1은 종래의 전원공급장치를 나타낸 회로도,
도 2는 종래 전원공급장치의 출력전압과 부하전류 사이의 관계를 나타내는 도,
도 3은 종래 전원공급장치의 부하전류에 따른 트랜스 출력전압과 전력을 비교하여 나타낸 도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 회로도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급장치의 회로도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 출력전압과 부하전류 사이의 관계를 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 부하전류에 따른 트랜스 출력전압과 전력을 비교하여 나타낸 도, 및
도 9 내지 11은 각각 본 발명에 따른 전원공급장치에서 전류 센싱 파형, PWM제어파형, 출력전압파형을 나타내는 도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 이하 실시예에서는 본 발명의 사상과 직접적인 관련이 있는 구성들에 관해서만 설명하며, 그 외의 구성에 관해서는 설명을 생략한다. 그러나, 본 발명의 사상이 적용된 장치 또는 시스템을 구현함에 있어서, 이와 같이 설명이 생략된 구성이 불필요함을 의미하는 것이 아님을 밝힌다. 도면에 표현된 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 전원공급장치(10)는 오디오, TV, 컴퓨터 등 부하가 변화하는 다양한 전기장치에 적용될 수 있다. 이하, 제한되지 않는 실시예로서 오디오(300)를 예를 들어 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전원공급장치(100)의 블록도를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 전원공급장치(100)는 AC전원을 입력 받아 변환하는 트랜스포머(110), 상기 트랜스포머(110)를 스위치하는 스위칭부(120), 상기 상기 스위칭부(120)에 PWM(pulse width modulation)신호를 공급하는 PWM신호 공급부(130), 상기 트랜스포머(110)의 출력을 피드백하여 PWM신호 공급부(130)를 제어하는 피드백회로부(140), 및 상기 트랜스포머(110)의 출력을 공급하는 오디오의 부하 전류를 감지하여 상기 피드백회로부(140)를 제어하는 출력전압 제어부(150)를 포함할 수 있다.
트랜스포머(110,210)는 1차측에 가해진 전압신호를 스위칭에 의해 2차측에 유도기전력을 발생시키고, 이 유도기전력을 오디오(부하)(300)에 필요한 구동전압으로 변환하여 공급할 수 있다.
트랜스포머(110,210)는 도 5에 나타낸 바와 같은 플라이백(flyback) 타입이나, 도 6에 나타낸 바와 같은 LLC(inductor-inductor-capacitor) 공진 타입을 포함할 수 있다. 물론 트랜스포머(110,210)는 플라이백 타입 및 LLC공진 타입 이외에도 포워드(Forward) 타입, 푸쉬풀(push-pull) 타입, 및 하프 브릿지(half bridge)타입 등 다양한 트랜스를 포함할 수 있다.
스위칭부(120)는 상기 트랜스포머(110)를 PWM(pulse width modulation)신호에 따라 스위칭 제어할 수 있다. 스위칭부(120)는 MOSFET와 같은 반도체 스위칭소자를 포함할 수 있다.
PWM신호공급부(130)는 상기 스위칭부(120)를 제어하기 위해 PWM신호를 공급할 수 있다. PWM신호공급부(130)는 예를 들면 전원제어IC(PWM IC)를 포함할 수 있다.
피드백회로부(140)는 오디오에 공급하는 트랜스포머(110)의 출력전압을 감지하여, 트랜스포머(110)의 출력전압의 레귤레이션을 수행할 수 있다. 피드백회로부(140)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 션트 레귤레이터(Shunt Regulator), 출력 분할 저항(R2), 및 포토 커플러(photo-coupler)를 포함하여 구성할 수 있다. 출력 분할 저항(R2)의 양단 전압이 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)의 기준전압(Ref)보다 클 경우 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)는 도통되며, 포토 커플러의 1차측에 전류가 흐르게 된다. 결과적으로 포토 커플러 2차측에도 신호가 전달되어, 2차측에는 전류 흐르게 되어 PWM 신호공급부(130)의 스위칭 듀티(Duty)가 가변된다.
출력전압 제어부(150)는 부하(오디오)의 전류를 감지하여 피드백회로부(140)를 PWM 제어함으로써 트랜스포머(110)의 출력전압을 감지된 부하전류에 따라 제어할 수 있다.
출력전압 제어부(150)는 트랜스포머(110)의 출력에 배치된 션트저항(152), 상기 션트저항(152)에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부(154), 상기 감지된 전류를 입력 받아 PWM신호를 생성하는 PWM 신호 생성부(156) 및 상기 PWM신호 생성부(156)에서 출력한 PWM신호에 의해 트랜스포머 출력전압을 가변시키는 출력전압 가변부(158)를 포함하여 구성할 수 있다.
션트저항(152)은 트랜스포머(110)의 출력측과 부하(오디오) 사이에 부하전류를 검출하기 위해 배치될 수 있다. 션트저항은 도 5와 같이 하이사이드(high side) 연결을 통해 연결될 수도 있고, 도시되지는 않았지만 트랜스포머(110)의 2차측 출력과 그라운드 사이에 로우사이드(Low side) 연결할 수도 있다. 션트저항(152)을 로우사이드로 연결하면 상대적으로 낮은 저항을 이용할 수 있어 발열에 의한 전력소모를 줄일 수 있다.
전류감지부(154)는 션트저항(252)에 흐르는 부하전류를 실시간으로 감지할 수 있다. 전류감지부(154)는 감지된 부하전류에 따라 전압(Vs)을 출력하여 PWM신호생성부(156)에 공급할 수 있다. 전류감지부(154)는 패키지된 IC나 차동증폭기(OP AMP)로 구성할 수 있다.
PWM신호 생성부(156)는 전류감지부(154)에서 출력된 전압(Vs)에 따라 PWM듀티 신호를 가변으로 출력하여 출력전압 가변부(158)에 공급할 수 있다. 예를 들면 전압(Vs)가 2.5V 이하 시 PWM 듀티(duty)를 45%로 유지하고, 2.5V 이상 시 PWM 듀티를 감소시킬 수 있다. 즉, 전압(Vs)가 2.5V 에서 4.0V로 상승할 때 PWM 듀티는 45%에서 0%로 감소시킬 수 있다. 이때, 전압(Vs)의 증가는 부하전류의 증가를 의미한다.
PWM신호 생성부(156)는 또한 션트저항(152)에 흐르는 전류가 소정 범위를 벗어난 과부하 상태일 경우 PWM신호공급부(130)를 셧다운시킬 수 있다. 예를 들면, PWM듀티가 0%이고 트랜스포머(110)의 출력이 12.8V인 상태에서, 부하전류가 지속적으로 증가하여 한계값에 도달하면, 폴트(fault) 신호를 출력하도록 할 수 있다. PWM신호공급부(130)를 셧다운시키는 방법은 예를 들면 PWM신호공급부(130)에 Vcc전압을 공급되는 트랜스포머(110)의 3차권선(L3) 출력라인에 스위칭 소자(미도시)를 배치하고, 해당 스위칭소자를 오프(OFF)시키는 신호(fault신호)를 인가하는 것으로 가능하다. PWM신호 생성부(156)는 입력되는 부하 전류값에 따라 PWM신호를 생성하고, 부하전류값을 소정 기준값과 비교하여 초과시 셧다운 신호를 생성하도록 설계된 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
출력전압 가변부(158)는 상기 피드백회부(140)의 출력 분할 저항(R2)과 병렬로 연결된 저항(R3) 및 상기 저항(R3)에 연결된 MOSFET와 같은 스위칭소자(SW3)를 포함하여 구성할 수 있다. 출력전압 가변부(158)는 피드백회로부(140)의 피드백 기준 저항값을 변경할 수 있다. 예를 들면, PWM 듀티가 45%에서 트랜스포머(110)의 출력이 18V라면, PWM듀티가 0%에서는 트랜스포머(110)의 출력은 12.8V로 가변시킬 수 있다. 상기 PWM신호 생성부(156)의 PWM듀티신호에 따라 스위칭소자(SW3)은 온/오프될 수 있다. 스위칭소자(SW3)의 온/오프에 따라 저항 R3는 상기 피드백회부(140)의 출력 분할 저항(R2)과 병렬로 연결되거나 단독으로 저항R3만 연결될 수 있다. 즉, 션트 레귤레이터의 기준전압Vref, 예를 들면 DC 2.5V와 비교되는 저항(R2)에 걸리는 트랜스포머(110)의 출력 전압은 스위칭소자(SW3)의 온/오프에 따라 가변될 수 있다. 오디오의 부하전류가 소정범위를 초과하는 피크값에 도달할 경우 PWM생성부(156)는 PWM신호를 출력전압 가변부(158)의 스위칭소자(SW3)를 온시켜, 저항 R3가 저항 R2에 병렬 연결시킬 수 있다. 따라서, 션트 레귤레이터의 기준전압Vref 에 비교되는 전압도 R2, R3저항의 병렬연결에 따라 낮아지고, 피드백회로부(140)의 포토커플러에 인가되는 전압도 낮아짐으로써, 낮은 포토커플러의 출력전압에 의해 PWM펄스공급부(130)가 제어되어 최종적으로 트랜스포머(110)의 출력전압을 낮출 수 있다. 이때, 트랜스포머(110)의 출력전압을 낮추는 경우는 부하전류가 소정 값을 초과할 경우에만 제한적으로 이루지기 때문에 이에 따른 오디오의 출력특성의 변화를 사용자는 실질적으로 느낄 수 없다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급장치(200)의 회로도이다. 도 6의 전원공급장치(200)는 제로(Zero) 전류 전압 스위칭이 가능한 LLC(inductor-inductor-capacitor) 공진 타입의 트랜스포머(210)를 사용한 예이다. 전원공급장치(200)는 LLC 공진형 트랜스포머(210), 스위칭부(220), PWM신호공급부(230), 피드백회로부(240), 및 출력전압 제어부(250)를 포함하여 구성할 수 있다.
LLC공진형 트랜스포머(210)는 상기 스위칭부(220)의 스위칭에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하고, 1차 권선(L1)의 양측에 각각 연결된 공진 인덕터(Lr) 및 공진 커패시터(Cr)에 의해 LLC공진을 수행할 수 있다. 상기 LLC공진형 트랜스포머(210)의 2차 권선(L2)에는 출력 전압을 정류하고 평활하는 정류부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 LLC공진형 트랜스포머(210)에 포함되는 1차 권선(L1), 공진 인덕터(Lr) 및 공진 커패시터(Cr)가 LLC공진을 일으켜서 제2 스위칭 트랜지스터(SW2)에 전압이 뜨면 상기 제2 스위칭 트랜지스터(SW2)가 오프되고, 이때, 상기 제2 스위칭 트랜지스터(SW2)가 온될 때까지 전류는 제1 스위칭 트랜지스터(SW1)를 통해 트랜스포머(210)로 흐르게 된다. 즉, 상기 제2 스위칭 트랜지스터(SW2)가 온되는 순간과 오프되는 순간에 LLC 공진을 일으키게 된다.
스위칭부(220)는 전원(B+)단에서 접지로 직렬로 연결된 2개의 제1, 제2 스위칭 트랜지스터(SW1, SW2)를 포함하여 구성할 수 있다.
PWM신호 공급부(230)는 상기 스위칭부(220)의 제1, 제2 스위칭소자(SW1, SW2)에 위상이 서로 다른 2개의 스위칭신호를 공급하고 LLC공진형 트랜스포머(210)에 동작전압(VB)을 제공할 수 있다.
피드백회로부(240)는 오디오에 공급하는 트랜스포머(210)의 출력전압을 감지하여, 트랜스포머(210)의 출력전압의 레귤레이션을 수행할 수 있다. 피드백회로부(240)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 션트 레귤레이터(Shunt Regulator), 출력 분할 저항(R2), 및 포토 커플러(photo-coupler)를 포함하여 구성할 수 있다. 출력 분할 저항(R2)의 양단 전압이 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)의 기준전압(Ref)보다 클 경우 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)는 도통되며, 포토 커플러의 1차측에 전류가 흐르게 된다. 결과적으로 포토 커플러 2차측에도 신호가 전달되어, 2차측에는 전류 흐르게 되어 PWM 신호공급부(230)의 스위칭 듀티(Duty)가 가변된다.
출력전압 제어부(250)는 부하(오디오)의 전류를 감지하여 피드백회로부(240)를 PWM 제어함으로써 트랜스포머(210)의 출력전압을 감지된 부하전류에 따라 제어할 수 있다.
출력전압 제어부(250)는 트랜스포머(210)의 출력에 배치된 션트저항(252), 상기 션트저항(252)에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부(254), 상기 감지된 전류를 입력 받아 PWM신호를 생성하는 PWM 신호 생성부(256) 및 상기 PWM신호 생성부(256)에서 출력한 PWM신호에 의해 트랜스포머 출력전압을 가변시키는 출력전압 가변부(258)를 포함하여 구성할 수 있다.
션트저항(252)은 트랜스포머(210)의 출력측과 부하(오디오) 사이에 부하전류를 검출하기 위해 배치될 수 있다. 션트저항은 6과 같이 하이사이드(high side) 연결을 통해 연결될 수도 있고, 도시되지는 않았지만 트랜스포머(110)의 2차측(L2) 출력과 평활부 접지 사이에 로우사이드(Low side) 연결할 수도 있다. 션트저항(252)을 로우사이드로 연결하면 상대적으로 낮은 저항을 이용할 수 있어 발열에 의한 전력소모를 줄일 수 있다.
전류감지부(254)는 션트저항(252)에 흐르는 부하전류를 실시간으로 감지할 수 있다. 전류감지부(254)는 감지된 부하전류에 따라 전압(Vs)을 출력하여 PWM신호생성부(256)에 공급할 수 있다. 전류감지부(254)는 패키지된 IC나 차동증폭기(OP AMP)로 구성할 수 있다.
PWM신호 생성부(256)는 전류감지부(254)에서 출력된 전압(Vs)에 따라 PWM듀티 신호를 가변으로 출력하여 출력전압 가변부(258)에 공급할 수 있다. 예를 들면 전압(Vs)가 2.5V 이하 시 PWM 듀티(duty)를 45%로 유지하고, 2.5V 이상 시 PWM 듀티를 감소시킬 수 있다. 즉, 전압(Vs)가 2.5V 에서 4.0V로 상승할 때 PWM 듀티는 45%에서 0%로 감소시킬 수 있다. 이때, 전압(Vs)의 증가는 부하전류의 증가를 의미한다.
PWM신호 생성부(256)는 또한 션트저항(252)에 흐르는 전류가 소정 범위를 벗어난 과부하 상태일 경우 PWM신호공급부(230)를 셧다운시킬 수 있다. 예를 들면, PWM듀티가 0%이고 트랜스포머(210)의 출력이 12.8V인 상태에서, 부하전류가 지속적으로 증가하여 한계값에 도달하면, 폴트(fault) 신호를 출력하도록 할 수 있다. PWM신호공급부(230)를 셧다운시키는 방법은 예를 들면 PWM신호공급부(230)에서 트랜스포머(210) 공급되는 VB전압 라인에 스위칭 소자(미도시)를 배치하고, 해당 스위칭소자를 오프(OFF)시키는 신호(fault신호)를 인가하는 것으로 가능하다. PWM신호 생성부(256)는 입력되는 부하 전류값에 따라 PWM신호를 생성하고, 부하전류값을 소정 기준값과 비교하여 초과시 셧다운 신호를 생성하도록 설계된 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
출력전압 가변부(258)는 상기 피드백회부(240)의 출력 분할 저항(R2)과 병렬로 연결된 저항(R3) 및 상기 저항(R3)에 연결된 MOSFET와 같은 스위칭소자(SW3)를 포함하여 구성할 수 있다. 출력전압 가변부(258)는 피드백회로부(240)의 피드백 기준 저항값을 변경할 수 있다. 예를 들면, PWM 듀티가 45%에서 트랜스포머(210)의 출력이 18V라면, PWM듀티가 0%에서는 트랜스포머(210)의 출력은 12.8V로 가변시킬 수 있다. 상기 PWM신호 생성부(256)의 PWM듀티신호에 따라 스위칭소자(SW3)은 온/오프될 수 있다. 스위칭소자(SW3)의 온/오프에 따라 저항 R3는 상기 피드백회부(240)의 출력 분할 저항(R2)과 병렬로 연결되거나 단독으로 저항R3만 연결될 수 있다. 즉, 션트 레귤레이터의 기준전압Vref, 예를 들면 DC 2.5V와 비교되는 저항(R2)에 걸리는 트랜스포머(210)의 출력 전압은 스위칭소자(SW3)의 온/오프에 따라 가변될 수 있다. 오디오의 부하전류가 소정범위를 초과하는 피크값에 도달할 경우 PWM생성부(256)는 PWM신호를 출력전압 가변부(258)의 스위칭소자(SW3)를 온시켜, 저항 R3가 저항 R2에 병렬 연결시킬 수 있다. 따라서, 션트 레귤레이터의 기준전압Vref 에 비교되는 전압도 R2, R3저항의 병렬연결에 따라 낮아지고, 피드백회로부(240)의 포토커플러에 인가되는 전압도 낮아짐으로써, 낮은 포토커플러의 출력전압에 의해 PWM펄스공급부(230)가 제어되어 최종적으로 트랜스포머(210)의 출력전압을 낮출 수 있다. 이때, 트랜스포머(210)의 출력전압을 낮추는 경우는 부하전류가 소정 값을 초과할 경우에만 제한적으로 이루지기 때문에 이에 따른 오디오의 출력특성의 변화를 사용자는 실질적으로 느낄 수 없다.
본 발명의 전원공급장치(100,200)는 순간적인 오디오 피크 출력(Audio Peak Output)에 대해서는 순간 최대 피크 파워(Peak Power)를 적절하게 공급을 해주고, 오디오 피크 출력 조건이 지속될 경우에도 파워공급(Power Supply)의 과열 현상을 방지할 수 있도록 동작되는 회로이다.
　제 7과 같이 오디오부하 조건이 정상적인 경우 일정전압(Constant Voltage)을 출력한다. 그러나 피크 출력 조건이 지속적으로 유지되거나 정격을 상회하는 전류가 지속적으로 증가하게 되면, 부하가 원하는 전류(Constant Current)는 공급하면서, 출력전압을 점진적으로 감소시켜 일정한 전력이 공급되도록 2차 측(Secondary Side)에 출력전압 제어부(150, 250)를 배치하였다. 또한, 출력전압 제어부(150,250)에 의해 설정된 과부하 조건에서 보호 동작하여 출력이 셧다운 되도록 하였다.
도 8은 부하전류에 따른 출력전압 및 출력파워를 나타낸 도로서, 부하 조건이 변화하게 되면, 출력전압도 적절히 변화하여 일정한 전력을 출력하도록 제어할 수 있다. 결과적으로, 부하 조건이 변화하게 되면, 출력전압도 적절히 변화하여 일정한 전력을 출력하도록 하여 피크 출력 조건에 의한 전력 공급의 과열을　방지할 수 있다.
도 9는 출력전압제어부(150,250)의 전류감지부(152,252)에서 부하전류의 변화를 모니터링한 파형을 나타내고 있다.
도 10은 도9에 나타낸 바와 같이 부하전류가 변화함에 따라 PWM신호 생성부(156,256)에서 출력하는 PWM듀티 신호를 나타내는 것으로, PWM신호생성부(156,256)는 부하전류가 0-4.5A일때는 듀티를 45%, 부하전류가 6.0A일때는 듀티를 20.5%, 부하전류가 7.4A일때는 듀티를 0%로 출력할 수 있다.
도 11은 부하전류(Io)의 증가에 따라 출력전압 가변부(158,258)가 피드백회로부(140,240)의 기준 저항값을 가변시킴으로써 트랜스포머(110,210)의 출력전압을 점차적으로 감소시키는 파형을 나타낸 것이다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100,200: 전원공급장치
110,210: 트랜스포머
120,220: 스위칭부
130,230: PWM신호공급부
140,240: 피드백회로부
150,250: 출력전압 제어부
152,252: 션트저항
154,254: 전류감지부
156,256: PWM전원 생성부
158,258: 출력전압 가변부

Claims (19)

  1. 전원공급 장치에 있어서,
    변화하는 부하를 갖는 장치에 소정의 전압을 출력하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 전압 출력을 펄스 폭 변조(PWM)신호에 따라 스위칭하는 스위칭부;
    상기 PWM신호를 상기 스위칭부에 공급하는 PWM 신호 공급부;
    상기 트랜스포머의 출력을 감지하여 상기 PWM 신호 공급부에 제어신호를 인가하는 피드백 회로부; 및
    상기 장치의 부하전류를 감지하고, 상기 부하전류에 따라 상기 피드백 회로부가 감지하는 출력을 조절하여 상기 피드백 회로부의 제어신호를 조절하는 출력전압 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스는 플라이 백 타입, LLC공진 타입, 포워드(Forward) 타입, 푸쉬풀(push-pull) 타입, 및 하프 브릿지(half bridge)타입 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 출력전압 제어부는 상기 부하전류를 감지를 위한 션트(shunt)저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 션트(shunt)저항은 하이 사이드(high side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 부하 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 션트(shunt)저항은 로우 사이드(low side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 그라운드(GND) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 출력전압 제어부는,
    상기 부하전류를 감지를 위해 션트(shunt)저항에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부;
    상기 감지된 전류에 따라 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부; 및
    상기 PWM 신호 생성부에서 출력한 PWM 신호에 따라 상기 피드백 회로부가 감지하는 출력을 조절하는 출력전압 가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 출력전압 가변부는 부하전류의 증가에 따라 트랜스포머의 출력 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전류감지부는 차동증폭기(OP-AMP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 PWM 신호 생성부는 부하 전류가 소정 값을 초과하는 경우 PWM 신호 공급부를 정지시키는 셧다운(shut down) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 피드백 회로부는 상기 트랜스의 출력과 그라운드 사이에 병렬로 연결된 션트(shunt) 레귤레이터와 제1저항을 포함하며,
    상기 출력전압 가변부는 상기 제1저항에 병렬 연결되는 제2저항과 상기 제2저항에 직렬 연결되어 상기 PWM 신호 생성부에서 공급하는 PWM신호에 따라 스위칭 동작하는 하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  11. 전원공급 방법에 있어서,
    변화하는 부하를 갖는 장치에, 펄스 폭 변조(PWM)신호에 따른 스위칭에 의해 소정의 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 출력을 감지하여 상기 PWM 신호를 조절하되, 상기 PWM신호는 상기 장치의 감지된 부하전류에 따라 변화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 소정 전압의 출력은 플라이 백 타입, LLC공진 타입, 포워드(Forward) 타입, 푸쉬풀(push-pull) 타입, 및 하프 브릿지(half bridge)타입 중 적어도 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 부하전류의 감지는 션트(shunt)저항을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 션트(shunt)저항은 하이 사이드(high side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 부하 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 션트(shunt)저항은 로우 사이드(low side) 전류 검출을 위해 트랜스의 출력과 그라운드(GND) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 PWM신호를 변화시키는 단계는,
    상기 부하전류를 감지를 위해 션트(shunt)저항에 흐르는 전류를 감지하는 단계;
    상기 감지된 전류에 따라 PWM 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 PWM 신호에 따라 상기 감지된 출력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 출력을 조절하는 단계는 부하전류의 증가에 따라 상기 출력 전압을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 부하전류 감지는 차동증폭기(OP-AMP)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 부하 전류가 소정 값을 초과하는 경우 PWM 신호 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급방법.
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