KR20160042539A - 전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 펄스전압을 생성하는 펄스전압 생성부; 펄스전압을 직류전압으로 변환시키는 직류전압 출력부; 직류전압 출력부에서 출력되는 직류전압 및 출력전류를 감지하는 감지부; 감지부에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산하는 연산부; 및 연산부에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 펄스전압 생성부를 제어하는 제어부; 를 포함함으로써, 높은 피크전력 및 출력 사양이 요구되는 부하에 전압을 공급할 때에도 내부에 포함된 소자의 열폭주로 인한 손상이 방지될 수 있다.

Description

전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법{Apparatus for power supply, apparatus and method for controlling switched-mode power supply}
본 발명은 전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 사용자의 수요에 따라 전원 공급 장치 및 스위치 모드 전원(SMPS)의 출력 사양 및 피크전력 사양은 높아지고 있다.
예를 들어, 스위치 모드 전원에 의해 전압을 공급받는 오디오 출력 부하는 일반적인 부하에 비해 약 5배의 피크전력 사양이 요구될 수 있다. 스위치 모드 전원이 높은 피크전력의 대응을 위해 설계될 경우, 상기 스위치 모드 전원은 사이즈가 커지고 단가가 비싸질 수 있다. 스위치 모드 전원이 일반적인 부하에 맞추어 설계될 경우, 상기 스위치 모드 전원은 피크전력을 대응하지 못하여 열폭주로 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 고출력의 부하에 전압을 공급하는 스위치 모드 전원의 설계에는 많은 문제점이 있다.
예를 들어, 일반적인 부하의 피크전력 사양은 300W이고, 1500W의 피크전력 사양이 오디오 출력 부하에 요구될 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 피크전력 사양이 약 800W인 스위치 모드 전원이 설계될 수 있다. 하지만 오디오 출력 부하에 지속적으로(24시간 이상) 1000W 이상의 출력전력이 출력될 경우, 상기 스위치 모드 전원에 포함된 소자는 열폭주에 의해 손상되고 불량이 발생된다는 문제점이 있다.
하기의 특허문헌 1은 스위칭 모드 파워 서플라이 및 그 보호 동작 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예인 전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법에 관한 내용을 개시하지 못하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0095644호
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 전원 공급 장치, 스위치 모드 전원 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 전원 공급 장치는, 펄스전압을 생성하고 상기 펄스전압을 직류전압으로 변환시켜 출력할 수 있다. 여기서, 상기 전원 공급 장치는 출력되는 직류전압 및 출력전류는 감지하여 출력전력을 연산할 수 있고, 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 출력되는 직류전압의 값을 조절할 수 있다. 여기서, 상기 전원 공급 장치는 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 직류전압의 절대값을 감소시키고, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 직류전압의 절대값을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 스위치 모드 전원 제어 장치는, 스위치 모드 전원에서 출력되는 직류전압 및 출력전류를 감지하여 출력전력을 연산하고, 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 출력되는 직류전압을 변경시킬 수 있다. 여기서, 상기 스위치 모드 전원 제어 장치는 직류전압이 변경되기 전의 출력전력과 직류전압이 변경된 후의 출력전력을 비교하여, 비교 결과에 기초하여 복수의 모드 중 하나를 동작 모드로 결정할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법은, 스위치 모드 전원에서 출력되는 직류전압 및 출력전류를 감지하여 출력전력을 연산하고, 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 출력되는 직류전압의 변경값을 결정하고 상기 직류전압을 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 출력전력을 감지하고 출력되는 직류전압의 값을 조절함으로써, 높은 피크전력 및 출력 사양이 요구되는 부하에 전압을 공급할 때에도 내부에 포함된 소자의 열폭주로 인한 손상이 방지될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예는, 기준전력, 비교 동작, 동작 모드를 이용함으로써, 출력되는 직류전압을 신속하고 안정적으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 복수의 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 장치 나타낸 도면이다.
도 4는 전원 공급 장치 및 스위치 모드 전원 제어 장치의 동작 시간에 따른 직류전압 및 출력전류를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 스위치 모드 전원 제어 방법이 적용된 구체적인 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는, 펄스전압 생성부(101), 직류전압 변환부(102), 감지부(110), 연산부(120), 제어부(130), 카운트부(140), 저장부(150), 비교부(160), 전압 비교부(170) 및 저항부(180)를 포함할 수 있다.
펄스전압 생성부(101)는, 펄스전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스전압 생성부(101)는 일정한 전압을 공급하는 전압원(voltage source), 반도체 스위치 및 LLC 공진회로를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전압원에서 출력되는 일정한 전압은 상기 반도체 스위치의 온-오프 동작 및 상기 LLC 공진회로의 공진을 통해 펄스전압으로 전환될 수 있다. 한편, 상기 전압원은 역률 보상(Power Factor Correction) 회로를 포함함으로써, 역률이 보상될 수 있다.
직류전압 변환부(102)는, 펄스전압을 직류전압(Vo)으로 변환시킬 수 있다. 펄스전압 생성부(101)에서 생성된 펄스전압은 직류전압, 스위칭 주파수의 정현파 전압 및 고조파 전압이 모두 포함된 전압이다. 예를 들어, 상기 펄스전압은 컷오프(cut-off) 주파수가 스위칭 주파수보다 낮은 로우 패스 필터를 통과함으로써, 스위칭 주파수의 정현파 전압 및 고조파 전압은 필터링될 수 있다. 이를 통해, 상기 직류전압 변환부(102)는 직류전압을 출력할 수 있다.
감지부(110)는, 직류전압 변환부(102)에서 출력되는 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 감지부(110)는 높은 저항값인 저항을 포함하여 직류전압 변환부(102)의 출력단에 연결시킴으로써, 상기 직류전압 및 출력전류를 아날로그 값으로서 감지할 수 있다. 또한, 상기 감지부(110)는 아날로그 값으로 감지한 직류전압 및 출력전류를 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter)를 이용하여 디지털 값으로 변환시킬 수 있다. 이에 따라, 전원 공급 장치(100)는 상기 직류전압 및 출력전류를 디지털 값으로 이용하여 연산, 제어, 카운트, 저장 및 비교를 수행할 수 있다.
연산부(120)는, 감지부(110)에서 감지된 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)에 기초하여 출력전력을 연산할 수 있다. 출력전력은 직류전압과 출력전류의 곱으로 연산될 수 있다. 여기서, 상기 출력전류는 일정한 값이 아닐 수 있다. 예를 들어, 상기 출력전류는 정현파 전류이거나 펄스전류일 수 있다. 따라서, 상기 출력전류는 일정 시간 동안 측정될 수 있다. 이때, 상기 연산부(120)는 일정 시간 동안 측정된 전류의 절대값의 평균값을 연산할 수 있다. 따라서, 상기 연산부(120)는 직류전압과 평균전류를 곱하여 출력전력을 연산할 수 있다.
제어부(130)는, 연산부(120)에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 펄스전압 생성부(101)를 제어할 수 있다. 여기서, 기준전력은 직류전압 출력부(102)에서 출력될 수 있는 직류전압의 최대값이거나 평균값일 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(130)는 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 펄스전압 생성부(101)를 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시키고, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 펄스전압 생성부(101)를 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제어부(130)는 상기 기준전력을 참조하여 연산된 출력전력이 높은지 낮은지 판단하고, 상기 직류전압의 절대값을 감소시키거나 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(130)는 펄스전압 생성부(101)에 포함된 반도체 스위치의 온-오프 시간을 제어함으로써, 생성되는 펄스전압의 듀티비(duty ratio)를 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 펄스전압의 듀티비가 높을수록 직류전압 출력부(102)에서 출력되는 직류전압은 높아질 수 있다. 따라서, 상기 제어부(130)는 펄스전압 생성부(101)를 제어하여 직류전압 출력부(102)에서 출력되는 직류전압의 값을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부(130)는 연산부(120)에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하여 복수의 비교 결과를 기초로 상기 직류전압의 증감값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 복수의 기준전력은 직류전압 출력부(102)에서 출력될 수 있는 직류전압의 최대값, 상기 최대값의 90%값 및 상기 최대값의 80%값으로 설정할 수 있다. 여기서, 연산된 출력전력이 상기 최대값의 80%보다 작을 경우, 상기 제어부(130)는 상기 직류전압의 증감값을 +2V로 결정할 수 있다. 마찬가지로, 연산된 출력전력이 상기 최대값의 80%보다 크고 상기 최대값의 90%보다 작은 경우, 상기 제어부(130)는 상기 직류전압의 증감값을 +1V로 결정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(130)는 정밀하게 직류전압의 증감값을 결정하여 펄스전압 생성부(101)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(130)는 상기 직류전압(Vo)의 증감값을 기 설정된 값으로 결정하고, 상기 서로 다른 복수의 기준전력을 제1 기준전력에서 기 설정된 값을 곱하여 결정할 수 있다. 즉, 상기 직류전압의 증감값은 기 설정된 +1V, +2V, -1V, -2V 등으로 결정될 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 복수의 기준전력은 직류전압 출력부(102)에서 출력될 수 있는 직류전압의 최대값의 100%, 90%, 80%, 70% 등으로 결정될 수 있다. 여기서, 기 설정된 값의 개수와 서로 다른 복수의 기준전력의 개수는 서로 비례관계일 수 있다.
카운트부(140)는, 제어부(130)에서 서로 다른 복수의 기준전력과 출력전력과의 복수의 비교 결과에서 상기 출력전력이 기준전력보다 큰 결과의 수 또는 상기 출력전력이 기준전력보다 작은 결과의 수를 카운트할 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 상기 카운트부(140)에서 카운트된 수를 기초로 상기 직류전압의 증감값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 복수의 기준전력은 직류전압 출력부(102)에서 출력될 수 있는 직류전압의 최대값, 상기 최대값의 90%값 및 상기 최대값의 80%값으로 설정할 수 있다. 여기서, 연산된 출력전력이 상기 최대값의 80%보다 작을 경우, 상기 카운트부(140)에서 카운트된 결과는 0 또는 2일 수 있다. 마찬가지로, 연산된 출력전력이 상기 최대값의 80%보다 크고 상기 최대값의 90%보다 작은 경우, 상기 카운트부(140)에서 카운트된 결과는 1일 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 신속하고 간단하게 출력되는 직류전압의 증감값을 결정하여 펄스전압 생성부(101)를 제어할 수 있다.
저장부(150)는, 제어부(130)에 의해서 직류전압(Vo)이 증가 또는 감소되기 전의 출력전력을 저장할 수 있다.
비교부(160)는, 제어부(130)에 의해서 직류전압(Vo)이 증가 또는 감소된 후의 출력전력과 저장부(150)에 저장된 출력전력을 비교할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(130)는 상기 비교부(160)의 비교 결과에 기초하여 상기 출력전력의 증감 여부를 판단하여, 상기 출력전력이 감소된 경우 상기 기준전력보다 높을 경우에도 상기 직류전압의 절대값을 감소시키지 않고, 상기 출력전력이 증가된 경우 상기 기준전력보다 낮을 경우에도 상기 직류전압의 절대값을 증가시키지 않을 수 있다. 즉, 상기 출력전력이 증가되고 상기 기준전력보다 높을 경우, 상기 제어부(130)는 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 출력전력이 감소되고 상기 기준전력보다 낮을 경우, 상기 제어부(130)는 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 증가시킬 수 있다.
전압 비교부(170)는, 감지부(110)에서 감지된 직류전압(Vo)과 최소전압을 비교할 수 있다. 상기 감지부(110)에서 감지된 직류전압의 절대값이 최소전압의 절대값보다 낮고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우, 제어부(130)는 상기 직류전압의 절대값을 감소시키지 않을 수 있다. 상기 전압 비교부(170)의 비교에 의해 상기 직류전압의 변경 범위가 설정됨으로써, 상기 제어부(130)는 직류전압의 값을 안정적으로 조절할 수 있다.
저항부(180)는, 직류전압 출력부(102)와 연결되어 직류전압(Vo)을 인가받을 수 있다. 여기서, 상기 저항부(180)는 가변저항 또는 오디오 출력 부하를 포함할 수 있다. 상기 저항부(180)의 저항값이 작아질수록 직류전압 출력부(102)에서 출력되는 출력전류의 값은 커질 수 있다. 예를 들어, 상기 저항부(180)가 오디오 출력 부하일 경우 상기 저항부(180)는 저항값이 작고 변동폭이 클 수 있다. 이에 따라, 출력전력은 매우 커질 수 있으며, 상기 출력전력이 큰 상태가 오랫동안 지속될 경우 전원 공급 장치(100)에 포함되는 소자들은 열폭주로 손상될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 출력전력의 크기에 따라 출력되는 직류전압을 조절함으로써, 열폭주에 의한 손상을 방지할 수 있다. 한편, 제어부(130)는 상기 직류전압의 최대전압과 최소전압 간의 차이전압이 10V에서 20V 사이가 되도록 펄스전압 생성부(101)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 저항부(180)가 오디오 출력 부하일 경우, 오디오의 음질이 크게 달라질 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 오디오의 음질이 크게 달라지지 않는 범위인 10V에서 20V 사이로 직류전압의 값을 조절할 수 있다.
도 2는 복수의 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는, 제1 로우 패스 필터(103) 및 제2 로우 패스 필터(104)를 더 포함할 수 있다.
펄스전압 생성부(101)는, 평균전압이 양의 값인 제1 펄스전압과 평균전압이 음의 값인 제2 펄스전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스전압 생성부(101)는 펄스전압을 차동(differential)으로 출력할 수 있다. 즉, 제1 펄스전압의 평균전압의 절대값과 제2 펄스전압의 평균전압의 절대값은 동일할 수 있다.
제1 로우 패스 필터(103)는, 상기 제1 펄스전압을 필터링하고 양의 직류전압(+Vo)을 출력할 수 있다. 제2 로우 패스 필터(104)는, 상기 제2 펄스전압을 필터링하고 음의 직류전압(-Vo)을 출력할 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(100)는 양의 직류전압과 음의 직류전압을 모두 출력함으로써, 복수의 전원을 공급할 수 있다.
감지부(110)는, 제1 로우 패스 필터(103)의 직류전압(+Vo) 또는 제2 로우 패스 필터(104)의 직류전압(-Vo)을 감지하고, 상기 제1 로우 패스 필터(103)의 출력전류 또는 상기 제2 로우 패스 필터(104)의 출력전류를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스전압 생성부(101)가 펄스전압을 차동(differential)으로 출력할 경우, 상기 감지부(110)는 출력되는 복수의 직류전압 중에서 하나의 직류전압을 감지할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 감지된 하나의 직류전압에 기초하여 출력되는 복수의 직류전압(+Vo, -Vo)을 모두 조절할 수 있다.
제어부(130)는, 연산부(120)에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 펄스전압 생성부(101)에서 생성되는 펄스전압의 듀티비를 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 제어부(130)는, 감지부(110)가 제1 로우 패스 필터(103)의 직류전압(+Vo) 및 출력전류(Io)를 감지할 경우, 연산된 출력전력이 기준전력보다 높을 경우 펄스전압 생성부(101)에서 생성되는 펄스전압의 듀티비를 감소시키고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 또한 상기 제어부(130)는, 상기 감지부(110)가 제2 로우 패스 필터(104)의 직류전압(-Vo) 및 출력전류(Io)를 감지할 경우, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 증가시키고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 장치 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 장치 (200)는 스위치 모드 전원(300)을 제어할 수 있고, 감지부(210), 연산부(220), 제어부(230), 저장부(250) 및 비교부(260)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 제어 장치(200)에 포함되는 구성을 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 전원 공급 장치(100)에 포함된 구성 및 이에 대해 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
감지부(210)는, 스위치 모드 전원(SMPS)의 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)를 감지할 수 있다.
연산부(220)는, 감지부(210)에서 감지된 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)에 기초하여 출력전력을 연산할 수 있다.
제어부(230)는, 연산부(220)에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 스위치 모드 전원(SMPS)을 제어하여 직류전압(Vo)을 변경시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(230)는 직류전압(Vo)이 변경된 후의 출력전력이 상기 직류전압이 변경되기 전의 출력전력보다 클 경우 제1 모드로 동작하고, 상기 직류전압이 변경된 후의 출력전력이 상기 직류전압이 변경되기 전의 출력전력보다 작을 경우 제2 모드로 동작할 수 있다. 여기서, 제1 모드에서의 상기 제어부(230)는 직류전압의 절대값을 감소시키거나 유지시킬 수 있고 증가시킬 수 없다. 여기서, 제2 모드에서의 상기 제어부(230)는 직류전압의 절대값을 증가시키거나 유지시킬 수 있고 감소시킬 수 없다. 즉, 출력전력은 감소된 후에 증가 또는 유지될 수 있고, 증가된 후에 감소 또는 유지될 수 있다. 상기 제어부(230)는 복수의 모드를 이용함으로써, 출력전력이 급격하게 변경되는 것을 방지하고 안정적으로 직류전압을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부(230)는 연산부(220)에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하고 복수의 비교 결과를 기초로 복수의 모드 중 하나를 동작 모드로 결정할 수 있다. 예를 들어, 기준전력의 개수가 2개인 경우, 상기 복수의 모드의 개수는 5개일 수 있다. 즉, 상기 제어부(230)는 연산된 출력전력과 2개의 기준전력을 비교하여 직류전압(Vo)의 증감값을 -2V, -1V, 0V, +1V, +2V로 결정할 수 있다. 여기서, 상기 제어부(230)는 상기 증감값에 따라 제1 모드부터 제5 모드까지의 5개 모드 중 하나를 동작 모드로 결정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(230)는 스위치 모드 전원에서 출력되는 직류전압을 더욱 정밀하게 조절할 수 있다. 복수의 모드에 대한 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 후술된다.
저장부(250)는, 제어부(230)에 의해서 직류전압이 변경되기 전의 출력전력을 저장할 수 있다.
비교부(260)는, 제어부(230)에 의해서 직류전압이 변경된 후의 출력전력과 저장부(250)에 저장된 출력전력을 비교할 수 있다.
도 4는 전원 공급 장치 및 스위치 모드 전원 제어 장치의 동작 시간에 따른 직류전압 및 출력전류를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 1500W급 피크전력을 요구하는 스위치 모드 전원에 대한 제어에 따른 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)의 값이 도시된다. 여기서, 제1 기준전력은 1300W로 설정될 수 있다. 제1 기준전력의 90%값 및 제1 기준전력의 110%값은 복수의 기준전력으로 설정될 수 있다. 또한, 제1 기준전력의 90%이하인 1170W 이하면 제1 모드(Mode Ⅰ), 1170W 이상이면 제2 모드(Mode Ⅱ), 제1 기준전력의 100%인 1300W 이상이면 제3 모드(Mode Ⅲ), 제1 기준전력의 110%인 1430W 이상이면 제4 모드(Mode Ⅳ)라 정의될 수 있다.
ⓐ구간에서, 직류전압이 66V이고 출력전류가 급격하게 변할 경우 x초 동안의 출력전류는 4A가 되고 출력전력은 528W가 된다. (66V×4A×2=528W, 2-출력) 다음 구간에서의 동작 모드는 제1 모드(Mode Ⅰ)로 결정되고 직류전압은 변경되지 않는다.
ⓑ구간에서, 직류전압은 그대로 66V이고 출력전류는 11.5A이고 출력전력은 1518W이다. 다음 구간에서의 동작 모드는 제4 모드(Mode Ⅳ)로 결정되고 직류전압은 Vo*=Vo-3V으로 변경된다.
ⓒ구간에서, 출력전압은 63V로 감소되고 출력전류는 9.5A이고 출력전력은 1197W이다. 다음 구간에서의 동작 모드는 제2 모드(Mode Ⅱ)로 결정되고 직류전압은 Vo*=Vo+1V으로 변경된다.
전술한 동작들이 지속된 ⓖ구간에서, 출력전압이 60V까지 감소되고 출력전류는 9.8A이고 출력전력은 1176W이다. 출력전압이 감소되지 않은 경우 출력전력은 1294W(66V×9.8A×2=1294W)이다. 즉, 제어부(130, 230)에서 직류전압(Vo)를 조절함으로써, 출력전력은 118W가 줄어들고 입력으로 환산하면 142W(80% 효율가정)가 줄어들 수 있다. 이에 따라, 전원 공급 장치(100) 또는 스위치 모드 전원에 포함된 소자의 열폭주에 의한 손상이 방지될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 전원 공급 장치(100) 또는 스위치 모드 전원 제어 장치(200)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법은, 감지단계(S10), 연산단계(S20), 제어단계(S30) 및 기준전력 비교단계(S61)를 포함할 수 있다.
감지단계(S10)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 스위치 모드 전원(SMPS)의 직류전압 및 출력전류를 감지할 수 있다.
연산단계(S20)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 상기 감지단계에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산할 수 있다.
제어단계(S30)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 상기 기준전력 비교단계의 비교 결과에 기초하여 상기 직류전압의 증감값을 결정하고, 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압을 변경시킬 수 있다.
기준전력 비교단계(S61)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 상기 연산단계에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 모드 전원 제어 방법은, 카운트단계(S40), 저장단계(S50), 비교단계(S60), 출력전력 비교단계(S62) 및 전압 비교단계(S63)를 더 포함할 수 있다.
카운트단계(S40)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 상기 기준전력 비교단계의 비교 결과에서 상기 출력전력이 기준전력보다 큰 결과의 수 또는 상기 출력전력이 기준전력보다 작은 결과의 수 카운트할 수 있다. 이에 따라, 제어단계(S30)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 상기 카운트단계에서 카운트된 수를 기초로 상기 직류전압의 변경값을 결정할 수 있다.
저장단계(S50)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 제어단계(S30)에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소되기 전의 출력전력을 저장할 수 있다.
비교단계(S60)는 기준전력 비교단계(S61), 출력전력 비교단계(S62) 및 전압 비교단계(S63)를 포함할 수 있다.
출력전력 비교단계(S62)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 제어단계(S30)에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소된 후의 출력전력과 저장단계(S50)에서 저장된 출력전력을 비교할 수 있다. 이에 따라, 제어단계(S30)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 상기 출력전력 비교단계(S62)의 비교 결과에 기초하여 상기 출력전력의 증감 여부를 판단하여, 상기 출력전력이 증가되고 상기 기준전력보다 높을 경우 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시키고, 상기 출력전력이 감소되고 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 증가시킬 수 있다.
전압 비교단계(S63)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는, 감지단계(S10)에서 감지된 직류전압과 최소전압을 비교할 수 있다. 감지단계(S10)에서 감지된 직류전압의 절대값이 최소전압의 절대값보다 높고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우, 제어단계(S30)에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시킬 수 있다.
도 7은 스위치 모드 전원 제어 방법이 적용된 구체적인 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 301단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 출력전력을 연산하기 위하여 직류전압(Vo) 및 출력전류(Io)를 감지하여 감지된 값들을 아날로그-디지털 변환기로 보낼 수 있다.
302단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 직류전압과 출력전류를 곱하여 출력전력(Po)을 계산할 수 있다.
303단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 x초 동안 출력전력(Po)를 평균하여 평균 출력전력(Po)을 계산할 수 있다.
304단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 동작 모드를 선택할 수 있다. 출력전력(Po)이 기준출력의 90% 이하 일 때 제1 모드(ModeⅠ), 출력전력(Po)이 기준출력의 90% 이상 일 때 제2 모드(Mode Ⅱ), 출력전력(Po)이 기준출력의 100%일 때 제3 모드(Mode Ⅲ), 출력전력(Po)이 기준출력의 110%일 때 제4 모드(Mode Ⅳ)로 나눌 수 있다.
305단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 저장된 출력전력과 현재 출력전력을 비교하여 출력전압의 증감값을 결정할 수 있다.
306단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 동작 모드에 따라 직류전압(Vo*)을 증가시킬 수 있다. 직류전압은 제1 모드(Mode Ⅰ)일 경우 Vo*=Vo로 현상태를 유지되고, 제2 모드(Mode Ⅱ)일 경우 Vo*=Vo+1V로 변경되고, 제3 모드(Mode Ⅲ)일 경우 Vo*=Vo+2V로 변경되고, 제4 모드(Mode Ⅳ)일 경우 Vo*=Vo+3V로 변경될 수 있다.
307단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 직류전압(Vo)이 최대전압과 비교할 때 15V 이상 차이가 나는지 확인할 수 있다.
308단계에서의 스위치 모드 전원 제어 장치는 동작 모드에 따라 직류전압(Vo*)을 감소시킴으로써, 전원 공급 장치 또는 스위치 모드 전원에 포함된 소자의 열폭주로 인한 손상을 보호할 수 있다. 직류전압은 제1 모드(Mode Ⅰ)일 경우 변동없고, 제2 모드(Mode Ⅱ)일 경우 Vo*=Vo-1V로 변경되고, 제3 모드(Mode Ⅲ)일 경우 Vo*=Vo-2V로 변경되고, Mode Ⅳ일 경우 Vo*=Vo-3V로 변경될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 전원 공급 장치 101: 펄스전압 생성부
102: 직류전압 변환부 103: 제1 로우 패스 필터
104: 제2 로우 패스 필터 110: 감지부
120: 연산부 130: 제어부
140: 카운트부 150: 저장부
160: 비교부 170: 전압 비교부
180: 저항부 200: 스위치 모드 전원 제어 장치
210: 감지부 220: 연산부
230: 제어부 250: 저장부
260: 비교부 300: 스위치 모드 전원
S10: 감지단계 S20: 연산단계
S30: 제어단계 S40: 카운트단계
S50: 저장단계 S60: 비교단계
S61: 기준전력 비교단계 S62: 출력전력 비교단계
S63: 전압 비교단계

Claims (17)

  1. 펄스전압을 생성하는 펄스전압 생성부;
    상기 펄스전압을 직류전압으로 변환시키는 직류전압 변환부;
    상기 직류전압 변환부에서 출력되는 직류전압 및 출력전류를 감지하는 감지부;
    상기 감지부에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 상기 펄스전압 생성부를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 펄스전압 생성부를 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시키고, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 펄스전압 생성부를 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 증가시키는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연산부에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하여 복수의 비교 결과를 기초로 상기 직류전압의 증감값을 결정하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 비교 결과에서 상기 출력전력이 기준전력보다 큰 결과의 수 또는 상기 출력전력이 기준전력보다 작은 결과의 수를 카운트하는 카운트부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 카운트부에서 카운트된 수를 기초로 상기 직류전압의 증감값을 결정하는 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 직류전압의 증감값을 기 설정된 값으로 결정하고, 상기 서로 다른 복수의 기준전력을 제1 기준전력에서 기 설정된 값을 곱하여 결정하는 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소되기 전의 출력전력을 저장하는 저장부; 및
    상기 제어부에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소된 후의 출력전력과 상기 저장부에 저장된 출력전력을 비교하는 비교부; 를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 출력전력의 증감 여부를 판단하여, 상기 출력전력이 감소된 경우 상기 기준전력보다 높을 경우에도 상기 직류전압의 절대값을 감소시키지 않고, 상기 출력전력이 증가된 경우 상기 기준전력보다 낮을 경우에도 상기 직류전압의 절대값을 증가시키지 않는 전원 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감지부에서 감지된 직류전압과 최소전압을 비교하는 전압 비교부를 더 포함하고,
    상기 감지부에서 감지된 직류전압의 절대값이 최소전압의 절대값보다 낮고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우, 상기 제어부는 상기 직류전압의 절대값을 감소시키지 않는 전원 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 직류전압 출력부와 연결되어 직류전압을 인가받는 저항부를 더 포함하고,
    상기 저항부는 가변저항 또는 오디오 출력 부하를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 직류전압의 최대전압과 최소전압 간의 차이전압이 10V에서 20V 사이가 되도록 상기 펄스전압 생성부를 제어하는 전원 공급 장치.
  9. 평균전압이 양의 값인 제1 펄스전압과 평균전압이 음의 값인 제2 펄스전압을 생성하는 펄스전압 생성부;
    상기 제1 펄스전압을 필터링하고 양의 직류전압을 출력하는 제1 로우 패스 필터;
    상기 제2 펄스전압을 필터링하고 음의 직류전압을 출력하는 제2 로우 패스 필터;
    상기 제1 로우 패스 필터의 직류전압 또는 상기 제2 로우 패스 필터의 직류전압을 감지하고, 상기 제1 로우 패스 필터의 출력전류 또는 상기 제2 로우 패스 필터의 출력전류를 감지하는 감지부;
    상기 감지부에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 상기 펄스전압의 듀티비를 제어하는 제어부; 를 포함하는 전원 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 감지부가 제1 로우 패스 필터의 직류전압 및 출력전류를 감지할 경우, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 감소시키고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 증가시키며,
    상기 감지부가 제2 로우 패스 필터의 직류전압 및 출력전류를 감지할 경우, 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 증가시키고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 펄스전압의 듀티비를 감소시키는 전원 공급 장치.
  11. 스위치 모드 전원(SMPS)의 직류전압 및 출력전류를 감지하는 감지부;
    상기 감지부에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 연산된 출력전력 및 기준전력에 기초하여 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압을 변경시키는 제어부;
    상기 제어부에 의해서 직류전압이 변경되기 전의 출력전력을 저장하는 저장부; 및
    상기 제어부에 의해서 직류전압이 변경된 후의 출력전력과 상기 저장부에 저장된 출력전력을 비교하는 비교부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 직류전압이 변경된 후의 출력전력이 상기 직류전압이 변경되기 전의 출력전력보다 클 경우 제1 모드로 동작하고, 상기 직류전압이 변경된 후의 출력전력이 상기 직류전압이 변경되기 전의 출력전력보다 작을 경우 제2 모드로 동작하는 스위치 모드 전원 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연산부에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하고 복수의 비교 결과를 기초로 복수의 모드 중 하나를 동작 모드로 결정하는 스위치 모드 전원 제어 장치.
  13. 스위치 모드 전원(SMPS)의 직류전압 및 출력전류를 감지하는 감지단계;
    상기 감지단계에서 감지된 직류전압 및 출력전류에 기초하여 출력전력을 연산하는 연산단계;
    상기 연산단계에서 연산된 출력전력을 서로 다른 복수의 기준전력과 비교하는 기준전력 비교단계; 및
    상기 기준전력 비교단계의 비교 결과에 기초하여 상기 직류전압의 증감값을 결정하고, 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압을 변경시키는 제어단계; 를 포함하는 스위치 모드 전원 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기준전력 비교단계의 비교 결과에서 상기 출력전력이 기준전력보다 큰 결과의 수 또는 상기 출력전력이 기준전력보다 작은 결과의 수 카운트하는 카운트단계; 를 더 포함하고,
    상기 제어단계는 상기 카운트단계에서 카운트된 수를 기초로 상기 직류전압의 변경값을 결정하는 스위치 모드 전원 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어단계에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소되기 전의 출력전력을 저장하는 저장단계; 및
    상기 제어단계에 의해서 직류전압이 증가 또는 감소된 후의 출력전력과 상기 저장단계에서 저장된 출력전력을 비교하는 출력전력 비교단계; 를 더 포함하는 스위치 모드 전원 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어단계는 상기 출력전력 비교단계의 비교 결과에 기초하여 상기 출력전력의 증감 여부를 판단하여, 상기 출력전력이 증가되고 상기 기준전력보다 높을 경우 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시키고, 상기 출력전력이 감소되고 상기 기준전력보다 낮을 경우 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 증가시키는 스위치 모드 전원 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 감지단계에서 감지된 직류전압과 최소전압을 비교하는 전압 비교단계를 더 포함하고,
    상기 감지단계에서 감지된 직류전압의 절대값이 최소전압의 절대값보다 높고 상기 출력전력이 상기 기준전력보다 높을 경우, 상기 제어단계는 상기 스위치 모드 전원을 제어하여 상기 직류전압의 절대값을 감소시키는 스위치 모드 전원 제어 방법.
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