KR810001154Y1 - 스위칭 제어형 전원회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스위칭 제어형 전원회로

제1도 및 제2도는 모두 종래예에 관한 것으로,

제1도는 그 쵸퍼방식의 전원회로를 도시하고,

제2도는 동극성 콘버터방식의 전원회로를 도시한다.

제3도~제6도는 모두 본 고안에 관한 것으로서,

제3a,b도는 본 고안 전원회로를 동극성 동작형으로 구성한 경우의 기본 구성도 및 그 각부의 동작파형도.

제4a,b도는 본 고안 전원회로를 역극성 동작형으로 구성한 경우의 제3도와 동일한 도면.

제5a,b도는 본 고안 전원회로의 1실시예의 회로도 및 그 제어회로부의 동작 파형도이고,

제6도는 본 고안 전원회로의 다른 실시예를 도시한 회로도이다.

본 고안은 직류입력을 스위칭하고, 그 스위칭의 듀티싸이클을 출력전압의 변동에 따라 변화시키는 것에 의하여 정전압제어를 하는 스위칭 제어형 전원회로에 관한 것이다.

이 종류의 전원회로는 종래부터 여러가지가 제안되어 있으며, 이들은 스위칭의 구동방식, 콘버터, 트랜스의 유무, 혹은 정전압 제어의 방식 등에 따라서 분류되지만, 그 대표적인 것으로서 제1도에 도시한 쵸퍼방식의 것 혹은 제2도에 표시한 역극성 동작형의 콘버터 방식의 것을 들 수 있다.

그렇지만, 전자는, (가) 전원입력 전압보다 낮은 출력전압밖에 얻을 수 없으며, (나) 스위칭트랜지스터가 단락파괴되었을 경우에 전원입력전압이 출력측에 직접 나타나서 부하회로가 손상될 염려가 있고, (다) 입력측과 출력측의 절연이 되지 않는다고 하는 결점이 있다.

또 후자는, (가) 스위칭 파형이 구형파이기 때문에 스위칭 손실이 크며, 불필요한 복사도 생기기 쉽고, (나) 부하가 일시적으로 단락되었을 때에 스위칭 트랜지스터 전압, 전류특성이 안정동작 영역에서 벗어나서, 이 트랜지스터가 파괴될 염려가 있으며, (다) 상기한 트랜스의 1차 2차간의 간격을 크게 하여서 절연을 잘하면, 그 1차 2차간이 누설 인덕턴스가 증가되고, 이것에 기인하여 출력전압의 링잉(ringing)이 커져서 (가)와 동일한 문제가 생긴다고 하는 결점이 있었다.

그런데 본 고안은 이러한 종래예의 결점을 해소한 신규의 스위칭 제어형 전원회로를 제안하는 것이다.

제3a,b도는 본 고안 전원회로를 동극성 동작형으로 구성하였을 경우의 기본구성도 및 그 각부의 동작파형을 표시한다.

이 전원회로의 콘버터회로부(1)는 교류전원(3)의 다이오드(4)와 콘덴서(5)에 의한 정류(整流) 평활출력이 콘버터 트랜스(6)의 1차측 권선(6a)을 통하여 스위칭 트랜지스터(7)의 콜렉터. 이미터 사이에 인가되도록 되어 있다. (8)은 공진용 콘덴서이며, 상기한 트랜지스터(7)가 OFF일 때에 상기한 트랜스(6)의 1차측 인덕턴스와 공진동작을 하고, 그때 공진동작의 반 사이클이 상기한 트랜지스터의 OFF기간보다도 약간 짧게 되도록 하고 있다. 본 고안에서는 이러한 점을 하나의 특징으로 하고 있다. 상기한 트랜스(6)의 2차측 권선(6b)에는 스위칭다이오드(9),(10)가 접속되고, 그때 상기권선(6b)을 상기권선(6a)에 대하여 도시된 극성으로 하는 것에 의하여, 그 한쪽의 다이오드(9)가 상기 트랜지스터(7)가 ON일 때에 ON으로 되도록 하고 있다.

본 고안에서 동극성 동작형이라고 하는 것은 이것을 의미하고 있다.

다른 쪽의 다이오드(10)는, 후기에서 명백해질 것이나, 상기 트랜지스터(7)가 OFF일 때에 ON으로 된다. 그리고 이 다이오드(9)(10)의 작용에 의하여 상기한 공진동작의 후반의 반사이클을 역압하도록 하고 있으며, 그때 상기한 트랜스(6)의 권선(6a),(6b) 사이의 결합 및 그 1차측의 인덕턴스를 모두 크게 잡을 필요가 있다. 그 이유는 뒤에 밝혀지게 되지만, 본 고안은 이러한 점을 또 하나의 특징으로 하고 있다.

11),(12)는 상기한 다이오드(10)의 양단 사이에 나타나는 전압변화를 평균화하기 위한 쵸오크코일과 콘덴서이다.

이 전원회로의 제어회로부(2)는, 출력단자(15)에 나타나는 직류전압의 분압용저항(13),(14)과, 그 출력 전압을 기준전압과 비교해서 증폭하는 오차증폭회로(16)와, 수 10KHZ 정도의 발진주파수를 가지는 펄스발진회로(17)와, 그 출력에 등기하여 상기한 오차증폭회로(16)의 출력에 따른 펄스폭의 구형파를 도출하는 펄스폭 변조회로(18)과, 그 출력을 얻어서 상기한 트랜지스터(19)를 ON, OFF시키는 드라이브 회로로서 되나, 본 고안에서는 이 제어회로부(2)의 구성 그 자체에는 특별한 특징은 없다.

다음에 이러한 본 고안 전원회로의 동작을 설명한다.

지금 스위칭트랜지스터(7)의 베이스전류 IB가 드라이브회로(10)의 출력에 따라서 제3b도와 같이 변화되면, 이 트랜지스터(7)는 ON, OFF를 반복한다. 그때, 이 트랜지스터(7)의 ON기간(T_n)에서는, 콜렉터 전류 I_C가 트랜스(6)의 1차측 권선(6a)에 흐르고, 그 2차측 권선(6b)에 전압 V₂가 발생한다. 이 V₂에 의하여 다이오드(9)는 ON으로 되고 쵸오크코일(11)에 전류 I_D1이 흐르지만, 다른쪽의 다이오드(10)는 역 바이어스 때문에 OFF로 되어 있으며, 따라서 그 양단에는 전압 V_D가 발생한다.

이어서 트랜지스터(7)의 OFF기간(T_f)에서는, 트랜스(6)의 1차측 인덕턴스와 콘덴서(8)로서 공진을 일으키고, 1차측 권선(6a)에는 전압 V₁이 발생하며, 2차측의 전압 V₂는 이것과 연극성의 파형으로 되고, 따라서 다이오드(9)는 OFF로 된다. 이 공진동작은 얼마동안 계속되려고 하다, 그 전반의 반사이클의 기간(T_r)이 끝나고, 1차측의 전압 V₁이 파선(破線)과 같이 입력전압 V₁보다 조금이라도 낮아지려고 하면, 2차측의 전압 V₂도 파선과 같이 높아지므로, 다이오드(9)는 ON으로 된다.

한편, ON기간(T_r)의 전류 I_D1에 의하여 쵸오크코일(11)에 축적된 에너지가, OFF기간(T_r)에는 다이오드(10)의 양단에 부극성의 플라이 백펄스(도시하지 않음)로서 나타나기 때문에, 이 다이오드(10)는 OFF 기간(T_f)중에는 ON(전류 I_D2)으로 되어 있다. 따라서 공진동작의 전반의 싸이클의 끝에서 OFF기간의 끝까지의 기간(T_d)에서는 다이오드(9),(10)가 동시에 ON으로 되어서 트랜스의 2차측 권선(6b)의 양단 사이가 단락되게 된다.

그래서 권선(6a)(6b) 사이의 결합이 비교적 클 경우에는, 이 2차측의 단락에 의하여 그 1차측 인덕턴스가 극단적으로 저하되기 때문에, 1차측의 공진 에너지가 감소되어서 V₁은 거의 변화되지 않고 대략 V₁에 고정된 상태로 된다. 이것은 환원하면 1차측의 공진전압파형의 후반의 반사이클에 대한 댐퍼작용 이 2차측의 다이오드(9),(10)에 의하여 달성되고 있다고 하는 것이며, 이때 1차측의 인덕턴스를 비교적 크게 하는 것은, 이 댐퍼작용이 스위칭 트랜지스터(7)의 베이스. 콜렉터 사이의 다이오드 접합에 의하여 행하여지는 것을 방해하는 뜻이 있다. 따라서 V₁, V₂는 결국 도시한 것과 같이 변화되고, 다이오드(10)의 양단에는 구형파상의 전압 V_D가 나타나며, 이 V_D를 쵸오크코일(11)과 콘덴서(12)로서 평활하게 하여서 직류 출력전압 V_O를 얻는 셈이다. 또 도면중의 IL은 쵸오크코일(11)을 흐르는 전류이다. 그때 출력전압 V_O는 하기식으로 주어진다.

이 식에 의하면, 입력전압 V_i가 변화되어도 스위칭 트랜지스터(7)의 스위칭 듀티사이클 즉 T_n/(T_n+ T_f)를 변화시키는 것에 의하여 출력전압 V_O가 일정하게 되도록 제어될 수 있는 것을 의미하고 있다.

그래서 이와 같은 제어를 상기한 제어회로부(2)에서 행하게 되는 것이다. 그런데, 상기식에 있어서, V_p는 2차측의 전압 V₂의 ON기간(T_n)의 파형면적과 OFF기간(T_f)의 파형면적이 동일하게 되도록 나타나는 것이다. 이것은, 본 고안의 전원회로를 트랜지스터(7)가 OFF일 때에 다이오드(9)가 ON으로 되는 역극성 동작형으로 구성하였을 경우에도, 트랜지스터(7)의 스위칭 듀티사이클을 변화시키며, 이 경우도 동일하게 다이오드(10)의 양단 사이의 전압을 평활하게 하여서 일정한 출력전압 V_O가 얻어진다는 것을 의미하고 있다.

제4a,b도는 이러한 이유에 따라서 본 고안 전원회로를 역극성 동작형으로 구성하였을 경우를 표시한다. 이 경우에는 트랜스(6)의 권선(6a),(6b)의 극성을 도시한 것과 같이 하고 있고, 따라서 상술한 것과 같이 트랜지스터(7)가 OFF일 때에 다이오드(9)가 ON으로 되고, 또 다른쪽의 다이오드(10)는, 공진기간(T_r)이 끝나고 상기한 다이오드(9)의 전류 ID₁의 감소된 시점에서 상술한 플라이백 펄스가 나타나므로 댐퍼기간(T_d)에서 ON기간(T_n)에 걸쳐서 ON으로 되는 점에 주의하여야 할 것이다.

제5a,b도는 제어회로부(2)를 구체화시킨 본 고안 전원회로의 1실시예를 표시한다. 이것은 제3도의 동극성 동작형으로도, 제4도의 역극성 동작형으로도 구성할 수 있는 것이며, 그 콘버터회로부(1)는 이때까지 설명한 바와 같으므로, 제3도, 제4도와 동일한 도면번호로 붙이는 것에 그치고, 제어회로부(2)만을 간단하게 설명한다.

즉, 제어회로부(2)는 출력전압 V_o의 분압용의 가변저항기(20)의 자동자에서 얻는 전압과 제너다이오드(21)의 기준전압의 차에 따라서 콜렉터이미터간 임피던스가 제어되는 오차증폭용 트랜지스터(16)와, 이 트랜지스터의 콜렉터가 저항을 통하여 접속된 베이스에 펄스 발진회로(도시하지 않음)의 출력펄스(P)가 콘덴서(22)와 저항(23)에 의하여 미분되어서 인가되는(이때 그 베이스 전압 VB₂가 상기한 트랜지스터(16)의 콜렉터. 이미터간 임피이던스에 따라서 변화된다.) 펄스변조용 트랜지스터(18)와, 이 트랜지스터(18)의 콜렉터전압 VC₂분압되어서 베이스에 인가(베이스 전압 VB₃)되는 드라이브 트랜지스터(19)와, 그 콜렉터전압 VC₃이 인가되는 드라이브트랜스(24)로서 된다. 그래서 스위칭 트랜지스터(7)의 베이스 전류 IB가 흐른다. 여기에서 기간(T_S)은 스위칭 트랜지스터(7)의 베이스축적 효과에 의한 것으로서, 이것에 의하여 이 트랜지스터(7)의 ON기간(Tn)은 제3도 및 제4도의 이상적인 경우보다도 이 기간(Ts)만큼 길게 된다.

또 제5b도중의 파선은 출력전압 Vo가 상승하려고 할 경우의 파형을 도시하고, 여기에서 정전압 제어동작이 이해될 것이다.

제6도는 본 고안 전원회로의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이것은 공진용 콘덴서(8)를 다이오드(9)에 병렬로 접속시켜서 2차측에서 공진동작을 행하도록 한 것이지만, 이 경우도 상기한 다이오드(9)가 OFF일 때에 공진동작을 행하기 때문에, 기본적으로는 제5도의 것과 동일하다.

이상과 같은 본 고안의 스위칭 제어형 전원회로에 의하면,

(가) 콘버터트랜스의 공진동작에 의하여 그 1차측 스위칭 파형이 구형파에 비해서 완만한 커브로 되므로, 이 스위칭소자의 스위칭손실이 적으며, 또한 불필요한 고주파 복사도 잘 생기지 않는다.

(나) 콘버터트랜스를 절연형으로 하여서 출력측을 전원입력라인에서 확실하게 절연할 수 있고, 또 이 트랜스의 1차 2차 사이의 권수비 N을 변경시키는 것에 의하여 전원입력의 승압, 강압이 자유롭다.

(다) 1차측 및 2차측의 스위칭 소자의 어느 것이 단락 또는 개방 파괴되어도 출력전압이 나타나는 일이 없으며, 부하회로의 2차 파괴가 생길 염려가 없다.

(라) 콘버터트랜스의 1차측의 인덕턴스를 비교적 크게 선정하고 있으므로, 그 1차측의 임피이던스가 크게 되고, 따라서 스위칭소자의 손실이 적다는 등등의 많은 이점을 갖추어, 텔레비죤 수상기 등의 전원장치로서 특히 적합는다.

Claims (1)

1. 직류입력이 인가되는 콘버터트랜스의 1차측 권선에 제1의 스위칭 소자를 직렬로 접속시키고, 그 제1의 스위칭 소자에 응답하여, ON, OFF하는 제2의 스위칭 소자를 상기한 트랜스의 2차측 권선의 일단에 접속시키고, 그 제2의 스위칭 소자의 출력측에 나타나는 전압을 평활회로로서 직류전압을 얻음과 동시에, 그 직류전압의 변동에 따라서 상기한 제1의 스위칭 소자의 스위칭 듀티싸이클을 가변제어하도록 한 전원회로에 있어서, 상기한 트랜스의 1차측 또는 2차측의 권선에 대하여 교류적으로 병렬로 되도록 공진용 콘덴서를 접속시키고 이 콘덴서와 상기 트랜스의 인덕턴스에 의하여 상기 제1의 스위칭 소자가 OFF일 때에 공진동작을 하도록 함과 동시에 상기 제2의 스위칭 소자의 출력측과 상기 제2차측 권선의 타단의 사이에 상기 제1의 스위칭 소자가 OFF일 때에, 상기 평활회로에 발생되는 플라이 백 펄스에서 ON으로 되는 제3의 스위칭 소자를 접속시키고, 상기 공진동작의 후반의 반사이클을 상기 제2, 제3의 스위칭 소자의 도통(導通)에 의하여 억압하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어형 전원회로.