KR20220104593A - 전원 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전원 장치는 스위칭을 수행하는 드라이버 집적회로(IC)를 포함하는 입력 회로; 상기 입력 회로와 일차측 코일이 연결되고, 상기 일차측 코일과 연동되는 제1이차측 코일 및 제2이차측 코일을 포함하는 트랜스; 상기 제1이차측 코일과 연결되는 제1출력 회로; 상기 제2이차측 코일과 연결되는 제2출력 회로; 및 상기 제1출력 회로 및 상기 제2출력 회로를 연결하는 연동회로를 포함하며, 상기 제1출력 회로는 상기 제1출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제1저항 및 상기 제1저항과 연결되는 제1제어 입력 단자를 포함하고 상기 제1제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제1스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2출력 회로는 상기 제2출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제2저항 및 상기 제2저항과 연결되는 제2제어 입력 단자를 포함하고 상기 제2제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제2스위칭 소자를 포함한다. 본 명세서의 실시 예에 따르면 하나의 스위칭 회로에 복수개의 출력 회로를 연동시켜서 다양한 출력 전압을 가지는 SMPS 회로를 제공할 수 있다. 또한 본 명세서의 실시 예에 따르면 일 출력 회로의 이상이 발생하면, 이에 따른 피드백 정보를 스위칭 회로에 제공함으로써 이상 동작을 방지하여 회로 신뢰성이 향상될 수 있다.

Description

전원 장치 및 그 제어 방법 {Power apparatus and control method thereof}

본 명세서의 실시 예는 전원 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 명세서의 실시 예는 복수개의 출력단을 가지는 전원 회로에서 출력단 사이의 연동을 통해 회로 보호를 수행할 수 전원 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

가전 장치와 같은 전기기기는 외부로부터 공급되는 전력을 해당 전자 기기의 동작에 적합하도록 변환하여 전원 공급을 하는 모듈형의 전원공급장치(Power Supply)를 구비하고 있다.

이와 같은 전원공급장치는 크게 리니어 파워 서플라이(linear power supply)와 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS)로 구분되며, 최근에는 생산과 제어의 편의성을 위해 SMPS의 사용이 증대되고 있다.

일반적인 제어 장치는 전원 공급 시작 시점에 외부전원을 직접 내부 회로의 동작을 위한 전원 공급원으로 사용한다. 이에 따라, SMPS의 제어장치는 동작 시작 시점에 공급된 외부 전압을 그대로 동작 전압으로 이용하게 되며, 공급된 외부 전압을 칩 내부에서 감압하여 내부 회로가 동작할 수 있는 전압으로 변환하게 되며, 이와 같은 변환에 따라 출력 회로에서 원하는 출력 값을 제공할 수 있다. 그러나 전자 장치 내부에 대양한 출력 값이 요구되는 경우, 출력 값에 대응하는 개수만큼의 SMPS를 구비해야 하는 문제점이 발생할 수 있다.

선행문헌: 대한민국 공개특허공보 2020-0059810호

선행문헌은 전력 제어 관점에서 스위칭을 행하는 SMPS 회로가 도시된다. 그러나 이와 같은 회로의 경우 입력전압 변동에 강인한 일정 에너지제어를 출력할 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 효과적인 SMPS 동작 제어를 수행할 수 있는 장점이 있으나, 단순히 하나의 출력 전압 값만을 제공할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 하나의 스위칭 회로를 사용하여 복수개의 출력을 제공할 수 있는 SMPS 회로 및 그 제어 방법이 요구된다.

본 명세서의 실시 예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 복수개의 다른 출력 전압을 가지는 SMPS 회로 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서의 다른 실시 예는 복수개의 다른 출력 전압을 가지는 SMPS 회로에서 일 출력 회로의 이상 동작을 기반으로 회로 보호 동작을 수행할 수 있도록 하는 SMPS 회로 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전원 장치는 스위칭을 수행하는 드라이버 집적회로(IC)를 포함하는 입력 회로; 상기 입력 회로와 일차측 코일이 연결되고, 상기 일차측 코일과 연동되는 제1이차측 코일 및 제2이차측 코일을 포함하는 트랜스; 상기 제1이차측 코일과 연결되는 제1출력 회로; 상기 제2이차측 코일과 연결되는 제2출력 회로; 및 상기 제1출력 회로 및 상기 제2출력 회로를 연결하는 연동회로를 포함하며, 상기 제1출력 회로는 상기 제1출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제1저항 및 상기 제1저항과 연결되는 제1제어 입력 단자를 포함하고 상기 제1제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제1스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2출력 회로는 상기 제2출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제2저항 및 상기 제2저항과 연결되는 제2제어 입력 단자를 포함하고 상기 제2제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제2스위칭 소자를 포함한다.

본 명세서의 다른 실시 예에 따르는 입력 회로, 상기 입력 회로와 일차측 코일이 연결되고, 상기 일차측 코일과 연동되는 제1이차측 코일 및 제2이차측 코일을 포함하는 트랜스, 상기 제1이차측 코일과 연결되는 제1출력 회로, 상기 제2이차측 코일과 연결되는 제2출력 회로 및 상기 제1출력 회로 및 상기 제2출력 회로를 연결하는 연동회로를 포함하는 전원 장치의 제어 방법은 상기 제2출력 회로의 출력 전류를 감지하는 단계; 상기 제2출력 회로의 출력 전류가 제1설정된 값 이상인 경우, 상기 연동 회로의 스위칭 동작을 통해 상기 제1출력 회로의 포토 커플러 다이오드 동작을 중지 시키는 단계; 상기 포토 커플러 다이오드 동작의 중지에 대응하여 상기 포토 커플러 다이오드와 연동되며, 상기 입력 회로의 드라이버 집적회로의 피드백 단자와 연결되는 포토 커플러 스위치를 개방하는 단계; 및 상기 포토 커플러 스위치의 개방에 대응하여 상기 피드백 단자의 전위가 제2설정 값 이상인 경우, 상기 드라이버 집적회로가 회로 보호 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 실시 예에 따르면 하나의 스위칭 회로에 복수개의 출력 회로를 연동시켜서 다양한 출력 전압을 가지는 SMPS 회로를 제공할 수 있다. 또한 본 명세서의 실시 예에 따르면 일 출력 회로의 이상이 발생하면, 이에 따른 피드백 정보를 스위칭 회로에 제공함으로써 이상 동작을 방지하여 회로 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 개념도이다.
도 2는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 또 다른 개념도이다.
도 3은 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 출력회로를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 회로도이다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 개념도이다.

도 1을 참조하면 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로가 도시된다.

실시 예의 SMPS회로는 스위칭 회로(110)와 트랜스(transformer)(T)로 연동된 제1출력 회로(120) 및 제2출력회로(125)를 포함할 수 있다. 실시 예에서 트랜스(T)의 권선 비는 각 출력 회로의 출력 값에 따라 조절될 수 있다. 또한 실시 예에서 출력회로들은 정류를 위한 다이오드 및 병렬로 연결된 RC 회로를 포함할 수 있다. 실시 예에서 스위칭 회로(110)는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있으며, SMPS 드라이버 집적회로(Integrated circuit, IC)를 포함할 수 있다. SMPS 드라이버 IC는 스위칭을 통해 트랜스(T)에 입력 전원을 제공할 수 있으며, 출력회로들 중 적어도 하나로부터 피드백 정보를 받고 이를 기반으로 회로의 동작을 제어할 수 있다.

스위칭 회로(110)는 입력 전압(Vi)에 대해서 스위치(Q)의 스위칭 동작을 통해 트랜스(T)로 연동된 출력회로들에 공급되는 전원을 조절할 수 있다. 실시 예에서 출력 회로들 중 적어도 일부의 피드백 동작에 따라 스위치(Q)의 동작이 조절될 수 있으며, 이에 따라 출력 회로 중 적어도 일부의 출력 전류 및 출력 전압 중 적어도 하나의 변화를 스위칭 회로(110)로 피드백하여 회로의 동작을 제어할 수 있다. 또한 실시 예에서 출력 회로들 중 적어도 하나의 전류가 문턱 값을 넘어서는 경우 회로 보호를 위한 피드백 동작이 수행될 수 있고, 이에 따른 피드백 동작이 스위치(Q)에서 수행될 수 있다.

제1출력 회로(120)의 출력 전압은 Vo1이고 제2출력 회로(125)의 출력 전압은 Vo2이다. 실시 예에서 Vo1 및 Vo2의 값은 스위칭 회로 측의 트랜스 권선 비와 각 출력 회로의 권선 비에 따라 결정될 수 있다.

제1출력 회로(120) 및 제2출력 회로(125) 중 적어도 하나의 회로에서 스위칭 회로(110)에 피드백 정보를 제공할 수 있으며, 피드백 정보에 따라 스위치(Q)의 동작이 제어될 수 있다.

이와 같은 동작을 통해 하나의 스위칭 회로를 기반으로 서로 다른 두개의 출력을 제공할 수 있으며, 출력회로 중 적어도 하나의 상태를 스위칭 회로에 피드백 하여 회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 또 다른 개념도이다.

도 2를 참조하면 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로가 도시된다.

SMPS 드라이버 회로(210)는 주전원과 연결되어 스위칭을 통해 트랜스(220)로 전달되는 전력을 조절할 수 있다. 또한 출력 회로 중 적어도 하나와 연결되어 피드백 정보를 수신하여 스위칭을 제어할 수 있다.

트랜스(220)는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 코일은 1차측 코일 및 1차측 코일과 상호작용하는 적어도 하나의 2차측 코일을 포함할 수 있다. 1차측 코일은 SMPS 드라이버 회로(210)과 연결될 수 있으며, 2차측 코일은 제1출력 회로(230) 및 제2출력 회로(240)중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 2차측 코일은 적어도 하나의 서브 코일을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 서브 코일 각각은 1차측 코일과 상호 작용으로 전력을 전달받을 수 있다. 실시 예에서 2차측 코일은 제1출력회로(230)과 연결되는 제1서브 코일 및 제2출력회로(240)과 연결되는 제2서브 코일을 포함할 수 있다. 제1서브코일과 제2서브 코일에 포함되는 서브 코일의 권선비는 각 출력회로의 출력 전압을 기준으로 조절될 수 있다. 이와 같이 권선비를 조절함으로써 하나의 SMPS 드라이버 회로와 연결된 복수의 출력 회로가 각기 다른 출력 전압을 제공할 수 있다.

제1출력회로(230) 및 제2출력회로(240)는 각각 트랜스(220)를 통해 SMPS 드라이버 회로(210)와 연동될 수 있으며, 각기 부하와 연결되어서 전원을 공급할 수 있다. 제1출력회로(230) 및 제2출력회로(240)는 각기 부하에 설정된 범위 내의 출력을 제공할 수 있으며, 각 출력회로에 흐르는 전류 값이 높아질 경우 상대적으로 출원 전압은 떨어질 수 있다.

피드백회로(250)는 제1출력회로(230)의 동작에 따른 정보를 SMPS 드라이버 회로(210)에 전달할 수 있다. 일 예로 제1출력회로(230)의 동작에 따른 정보는 피드백 회로(250)를 통해 SMPS 드라이버 회로(210)에 전달될 수 있다. 이와 같은 피드백회로(250)는 SMPS 드라이버 회로(210)과 각 출력 회로(230)의 전기적 연결을 제한하고 정보를 효과적으로 전달하기 위해 포토 커플러를 포함할 수 있다. 포토커플러를 통해 제1출력회로(230)의 동작에 따라 SMPS 드라이버 회로에 피드백 정보를 전달하여 트랜스(220)를 통해 공급되는 전원을 조절할 수 있다. 또한 제1출력회로(230)에서 출력되는 전류가 일정 값 이상일 경우 회로 보호를 위해 피드백회로(250)를 통해 SMPS 드라이버 회로(210)에 피드백 정보가 제공될 수 있고, 피드백 정보에 따라 SMPS 드라이버 회로(210)는 회로 보호 동작을 수행할 수 있다.

연동회로(260)는 제2출력회로(240)의 동작에 따른 정보를 제1출력회로(230)로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로 제2출력회로(240)의 출력 전류가 설정 전류 이상인 경우가 감지되면, 연동회로(260)를 통해 감지된 정보를 제1출력회로(230)에 전달할 수 있다. 이와 같이 연동회로(260)를 통해 정보를 전달받은 제1출력회로(230)는 피드백회로(250)를 통해 SMPS 드라이버회로(210)로 피드백 정보를 전달하여 회로 보호 동작을 수행할 수 있다.

이와 같은 실시 예의 회로 구성에 따라 하나의 출력회로와 연결된 피드백 회로만 구비하는 경우에도 SMPS 드라이버 회로에 회로 보호동작을 개시하기 위한 피드백 정보를 제공할 수 있고, 이에 따라 복수개의 출력 회로 각각에서 이상 동작이 발생하는 경우에도 하나의 피드백 회로를 통해 SMPS 드리이버 회로의 동작을 제어할 수 있다.

도 3은 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 출력회로를 도시한 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 명세서의 실시 예에 따른 출력회로가 도시된다. 실시 예의 출력회로는 포토커플러(PC1)를 피드백 회로로 구비하고 있으며 도 2의 제1출력회로(230)의 적어도 일부에 포함될 수 있다.

출력회로는 트랜스(S)를 통해 SMPS 드라이버 회로와 연동될 수 있으며, 이를 통해 전원을 제공받을 수 있다. 다이오드(D51)를 통해 정류 작업을 수행할 수 있으며, 적어도 하나의 커패시터(C51)가 트랜스(S)와 병렬로 연결될 수 있다.

출력단의 (-)의 출력단이 접지에 대응하는 전위를 가지고, VOUT이 출력 전위일 수 있다. 또한 출력회로는 출력단과 병렬로 연결된 커페시터(C53)을 포함할 수 있다. 또한 출력단에 흐르는 전류가 기 설정된 값 이상일 경우 저항(R56)에 걸리는 전압이 떨어질 수 있다.

실시 예의 출력회로는 비교기에 따른 스위치 소자(U51)를 포함할 수 있다. 스위치 소자(U51)는 저항(R56)과 연결된 부분의 전위를 기준으로 개방 또는 단락의 특성을 가지게 된다. 보다 구체적으로 스위치 소자(U51)는 저항(R56)과 연결된 부분의 전위가 기 설정된 값 이상일 경우 단락 특성을 가지게 되고, 기 설정된 값 이하일 경우 개방 특성을 가지게 된다. 이와 같이 동작함으로써 출력단(VOUT)으로 흐르는 전류가 기 설정된 값 이상이 되어 저항(R56)에 걸리는 전압 값이 기 설정된 값 이하일 경우, 스위치 소자(U51)는 개방되며, 이에 따라 포토커플러(PC1)가 동작하지 않게 된다. 이와 같이 포토커플러(PC1)가 동작하지 않음에 따라 연동된 SMPS 드라이버 회로의 피드백 단자의 입력 값이 변화하게 되고 이에 따라 SMPS 드라이버 회로의 보호 동작이 개시될 수 있다.

이외의 소자의 값은 예시적으로 결정될 수 있고, 도시된 소자 중 설명되지 않은 소자 중 적어도 일부는 생략될 수 있으나 이는 통상적인 출력회로의 동작에 따라 선택적으로 생략될 수 있다.

이와 같이 출력회로를 구비함으로써 포토커플러(PC1)를 통해 트랜스와 연동된 SMPS 드라이버 회로와 직접적인 회로적 연결 없이 피드백 동작을 제공할 수 있으며, 스위치 소자(U51)의 동작에 따라 출력회로의 출력단에 흐르는 전류가 기 살정된 값 이상일 경우 포토커플러(PC1)의 연결을 차단하여 포토커플러(PC1)를 동작하지 않도록 하며, 이에 따라 SMPS 드라이버 회로에 피드백을 제공할 수 있다. SMPS 드라이버 회로의 피드백 동작과 관련된 사항은 이하의 실시 예에서 설명한다.

도 4는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 회로도이다.

도 4를 참조하면 명세서의 실시 예에 따른 정류회로(410), SMPS 드라이버 회로(420), 트랜스(430), 제1출력회로(440, 450), 제2출력회로(460, 470) 및 연동회로(480)를 포함하는 SMPS 회로가 도시된다.

정류회로(410)는 브릿지 다이오드(BD1)와 콘덴서(C1)를 포함하며, 외부로부터 입력되는 교류전원을 정류할 수 있다. 정류회로(410)에서 정류된 전원은 트랜스(430)의 1차측 코일에 인가되고, 트랜스(430)는 1차측 코일과 2차측 코일의 상호작용에 의해, 2차측 코일에 전압을 유기할 수 있다. 또한 SMPS 드라이버 회로(420)는 트랜스(430)의 1차측에 인가되는 전원을 단속함으로써, 트랜스(430)의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어할 수 있다. 한편 실시 예에서 정류회로(420)의 접지부와 SMPS 드라이버 회로(420)의 접지부는 서로 연결될 수 있다. 또한 트랜스(430)에 의해 제1출력회로(440, 450), 제2출력회로(460, 470)에 인가된 전원은 제1정류 평활 회로(440) 및 제2정류 평활 회로(460)를 통해 정류 및 평활 되어, 각각 V1 및 V2의 직류 전압이 출력될 수 있다.

SMPS 드라이버 회로(420)의 PWM IC는 증폭기, 비교기, 발진기, PWM 비교기 및 트랜지스터가 하나의 모듈로 집적화된 IC일 수 있으며, 트랜스(430)의 1차측 코일의 일단에 접속되며, 온/오프(ON/OFF) 스위칭에 의해 트랜스(430)에 흐르는 전류를 단속함으로써, 2차측 코일에 유기되는 전압의 온, 오프를 제어할 수 있다.

PWM IC의 피드백 단자(422)의 포토커플러 스위치는(424) 제1출력회로(440, 450)의 포토커플러 발광 다이오드(454)와 연동되어 제어될 수 있으며, 발광 다이오드(454)에 공급되는 전류에 따라 포토커플러 스위치는(424)가 제어될 수 있으며, 발광 다이오드(454) 동작시 피드백단자(422)의 전류가 포토커플러 스위치는(424)를 통해 흐름으로써 C3 커패시터(426)에 충전된 전압이 낮아 질 수 있다. C3 커패시터(426)에 충전된 전압이 일정 수준 이상이 될 경우 PWM IC의 회로 보호 동작이 수행될 수 있다. 이와 같은 포토커플러 스위치(424)와 발광 다이오드(454)의 연동에 따라 제1출력회로(440, 450)의 출력 전류 및 전압 중 적어도 하나에 따라 PWM IC의 동작이 제어될 수 있다. 보다 구체적으로 PWM IC의 피드백 단자(422)는 출력 전류를 제공하며, 포토커플러 스위치(424)가 동작하는 경우, 포토커플러 스위치(424)를 통해 전류가 흘러 C3 커패시터(426)에 걸리는 전압이 제한될 수 있으며, 상기 제한되는 전압을 기반으로 PWM IC의 동작을 제어함으로써 출력회로의 동작에 대한 피드백 동작을 수행할 수 있으며, 포토커플러 스위치(424)가 개방될 경우 C3 커패시터(426)에 전압이 인가되고, 피드백단자(422)의 기준 전압 이상이 될 경우 회로 보호 동작을 수행할 수 있다.

제1출력회로(440, 450), 제2출력회로(460, 470)는 트랜스(430)의 1차측 코일과 각각의 2차측 코일과의 권선비에 따라 출력 전압을 출력할 수 있다. 피드백 동작은 제1출력회로(440, 450)와 SMPS 드라이버 회로(420) 사이의 연동에 의해 수행될 수 있으며, 이와 같은 연동은 포토커플러(454, 424)에 의해 수행된다.

제1출력 제어 회로(450)는 비교 스위치 소자(452), 포토커플러 다이오드(454)를 포함할 수 있다. 스위치 소자(452)는 저항(R3)에 걸리는 전압을 기반으로 개방 또는 단락의 특성을 가질 수 있으며, 일 실시 예에서 저항(R3)에 걸리는 전압이 기준 전압 이상일 경우 단락, 그 미만일 경우 개방의 특성을 가지게 된다. 한편 실시 예에서 설정된 V1 값에 따라 저항들(R2, R3)의 저항비가 결정될 수 있으며, 해당 저항비는 스위치 소자(452)의 기준 전압을 고려하여 설정될 수 있다.

스위치 소자(452)가 단락일 경우 포토커플러 다이오드(454)와 포토커플러 스위치(424)의 연동에 따라 피드백 동작이 수행될 수 있으며, 스위치 소자(452)가 개방일 경우, 포토커플러 다이오드(454)가 동작하지 않게 됨에 따라 포토커플러 스위치(424)가 개방되어, SMPS 드라이버 회로(420)에서 회로 보호 동작이 수행될 수 있다.

제2출력 제어 회로(470)는 비교 스위치 소자(472)를 포함할 수 있다. 스위치 소자(472)는 저항(R7)에 걸리는 전압을 기반으로 개방 또는 단락의 특성을 가질 수 있으며, 일 실시 예에서 저항(R7)에 걸리는 전압이 기준 전압 이상일 경우 단락, 그 미만일 경우 개방의 특성을 가지게 된다. 한편 실시 예에서 설정된 V2 값에 따라 저항들(R6, R7)의 저항비가 결정될 수 있으며, 해당 저항비는 스위치 소자(472)의 기준 전압을 고려하여 설정될 수 있다.

연동회로(480)는 스위치 소자(472)와 출력단 사이의 단자와 스위치소자(452)의 제어 입력단 단자를 연결할 수 있으며, 베이스 단이 low일 경우 개방되며, 베이스 단이 high일 경우 단락되는 npn 트랜지스터일 수 있다. 스위치소자(452)의 제어 입력단을 접지와 연결할 수 있고, 이에 따라 스위치 소자(452)가 개방 동작이 되며, 이에 따른 연쇄 동작으로 SMPS 드라이버 회로(420)에서 회로 보호 동작이 수행될 수 있다. 한편 실시 예에서 스위치 소자(452)의 제어 입력단은 해당 스위치 소자(452)가 개방될 수 있는 제어 입력 전위를 가지는 단자와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로 도면상 연동회로(480)의 npn 트랜지스터의 일측이 접지와 연결되어 있으나, R7의 일측과 연결될 수도 있다. 이에 따라 R7의 동작에 따라 다시 스위치 소자(452)의 제어 입력단에 스위치 소자(452)가 단락 되도록 동작하는 전압 값이 입력 될 수 있으며, 이에 따라 보호 회로 동작이 중지되도록 설정될 수도 있다.

한편 실시 예에서 스위칭 소자의 스위칭을 결정하는 제어 입력은 전압 값으로 제공될 수 있으며, 상기 전압 값에 따라 스위칭 소자의 스위칭이 결정될 수 있으며, 상기 스위칭이 결정되는 기준 값은 스위칭 소자에 따라 다르게 설정될 수 있다.

또한 PWM IC의 피드백 단자에서 회로 보호를 위한 동작이 수행되는 기준 전압 값 역시 스위칭 소자의 기준 값과 다른 값으로 설정될 수 있으나, 회로의 구성에 따라 같은 값으로 설정될 수도 있다.

이와 같은 구성을 통해 제2출력 제어 회로(470)는 별도의 피드백 회로를 구비하지 않고도 제1출력 제어 회로(450)를 통해 이상 전류 동작시 회로 보호 동작을 수행하도록 SMPS 드라이버 회로(420)를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 이중 피드백 구조를 제공할 수 있으며, Cross regulation 발생시 SMPS 회로의 보호 동작을 수행하도록 제어할 수 있게 된다.

도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 SMPS 회로의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, SMPS 회로의 제어 방법이 도시된다.

단계 505에서 제1출력단 및 제2출력단이 동작할 수 있다. 보다 구체적으로 SMPS 드라이버 회로와 트랜스로 연동된 제1출력회로 및 제2출력회로의 출력단이 각각 동작할 수 있다. 실시 예에서 회로의 각 구성은 도 4의 SMPS 회로와 대응될 수 있다.

단계 510에서 제2출력단에 설정 전류 이상의 전류가 흐르는지 확인할 수 있다. 설정 전류 이상의 전류가 흐르지 않으면, 계속적으로 설정 전류 이상의 전류가 흐르는지 모니터링 할 수 있고, 설정 전류 이상의 전류가 흐르는 경우 제2출력회로의 비교 스위치 소자가 개방되는 동작이 수행될 수 있다.

단계 520에서 비교 스위치 개방에 따라 연동 회로를 위한 스위치 동작이 수행될 수 있다. 연동 회로를 위한 스위치의 베이스 단이 제2출력 회로의 출력 단과 대응하는 전위를 가지게 되고 이에 따라 연동 회로를 위한 스위치가 단락되어 제1출력 회로의 비교 스위치 소자에 접지에 대응하는 값이 입력될 수 있다.

단계 525에서 연동회로의 스위칭 동작에 따라 제1출력회로의 비교스위치의 제어입력에 비교 스위치가 개방되도록 하는 입력 값이 제공되고, 제1출력회로의 차단 회로가 동작하게 된다.

단계 530에서 제1출력회로의 비교 스위치가 개방됨에 다라 포토 커플러의 동작이 중단되고, 이에 따라 SMPS 드라이버 회로의 피드백 단자의 전압이 상승하게 된다.

단계 535에서 SMPS 드라이버 회로의 피드백 단자의 전압 상승에 따라 SMPS 드라이버 회로의 보호 동작이 수행되게 된다. 이에 따라 SMPS 회로의 동작이 일시 중단될 수 있다. 또한 실시 예에서 연동 회로의 일측이 제2출력회로의 비교 스위치의 제어 입력단과 연결될 경우, 제2출력회로가 정상동작하게 되는 경우, SMPS 드라이버 회로의 보호동작이 정지되도록 회로가 동작할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110 : 스위칭 회로
120 : 제1출력회로
130 : 제2출력회로

Claims (8)

1. 전원 장치에 있어서,
   스위칭을 수행하는 드라이버 집적회로(IC)를 포함하는 입력 회로;
   상기 입력 회로와 일차측 코일이 연결되고, 상기 일차측 코일과 연동되는 제1이차측 코일 및 제2이차측 코일을 포함하는 트랜스;
   상기 제1이차측 코일과 연결되는 제1출력 회로;
   상기 제2이차측 코일과 연결되는 제2출력 회로; 및
   상기 제1출력 회로 및 상기 제2출력 회로를 연결하는 연동회로를 포함하며,
   상기 제1출력 회로는 상기 제1출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제1저항 및 상기 제1저항과 연결되는 제1제어 입력 단자를 포함하고 상기 제1제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제1스위칭 소자를 포함하고,
   상기 제2출력 회로는 상기 제2출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 제2저항 및 상기 제2저항과 연결되는 제2제어 입력 단자를 포함하고 상기 제2제어 입력 단자의 전위 값에 따라 스위칭되는 제2스위칭 소자를 포함하는 전원 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1스위칭 소자는 상기 제1출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되고, 상기 제2스위칭 소자는 상기 제1출력회로의 출력단과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1출력 회로는
   상기 제1출력 회로의 출력단과 병렬로 연결되는 포토커플러 다이오드를 더 포함하고,
   상기 입력 회로는
   상기 드라이버 IC의 피드백 단자와 연결되며, 상기 포토커플러 다이오드와 연동되는 포토커플러 스위치; 및
   상기 포토커플러 스위치와 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 피드백 단자의 전위는 상기 포토커플러 스위치의 동작에 따라 변경되며,
   상기 드라이버 IC는 상기 피드백 단자의 전위가 제1기준 값 이상일 경우 회로 보호 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1스위칭 소자가 개방되면, 상기 포토커플러 다이오드의 동작이 중지되고,
   상기 포토커플러 다이오드의 동작의 중지에 대응하여, 상기 포토커플러 스위치가 개방되고,
   상기 포토커플러 스위치 개방에 따라 상기 커패시터 양단의 전위가 상승하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 연동 회로는 제3스위칭 소자를 포함하고,
   상기 제3스위칭 소자의 제3제어 입력 단자는 상기 제2스위칭 소자의 일측과 연결되고,
   상기 제3스위칭 소자는 상기 제3제어 입력 단자의 전위 값에 대응하여, 상기 제1스위칭 회로의 제어 입력과 접지 사이의 연결 여부 결정하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 연동 회로는 제3스위칭 소자를 포함하고,
   상기 제3스위칭 소자의 제3제어 입력 단자는 상기 제2스위칭 소자의 일측과 연결되고,
   상기 제3스위칭 소자는 상기 제3제어 입력 단자의 전위 값에 대응하여, 상기 제1스위칭 회로의 제어 입력과 상기 제2스위칭 회로의 제어 입력 사이의 연결 여부 결정하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
8. 입력 회로, 상기 입력 회로와 일차측 코일이 연결되고, 상기 일차측 코일과 연동되는 제1이차측 코일 및 제2이차측 코일을 포함하는 트랜스, 상기 제1이차측 코일과 연결되는 제1출력 회로, 상기 제2이차측 코일과 연결되는 제2출력 회로 및 상기 제1출력 회로 및 상기 제2출력 회로를 연결하는 연동회로를 포함하는 전원 장치의 제어 방법에 있어서,
   상기 제2출력 회로의 출력 전류를 감지하는 단계;
   상기 제2출력 회로의 출력 전류가 제1설정된 값 이상인 경우, 상기 연동 회로의 스위칭 동작을 통해 상기 제1출력 회로의 포토 커플러 다이오드 동작을 중지 시키는 단계;
   상기 포토 커플러 다이오드 동작의 중지에 대응하여 상기 포토 커플러 다이오드와 연동되며, 상기 입력 회로의 드라이버 집적회로의 피드백 단자와 연결되는 포토 커플러 스위치를 개방하는 단계; 및
   상기 포토 커플러 스위치의 개방에 대응하여 상기 피드백 단자의 전위가 제2설정 값 이상인 경우, 상기 드라이버 집적회로가 회로 보호 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함하는 전원 제어 장치의 제어 방법.

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