KR830001286B1 - 과전류 보호장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

과전류 보호장치

제1도는 스위칭 전원장치에 사용된 종래기술의 과전류 보호장치의 블록 다이어그램.

제2도는 본 발명에 따른 과전류 보호장치의 다이어그램.

제3도는 제2도의 블록 다이어그램과 관련된 파형선도.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 서술하는 블록 다이어그램.

제5도는 본 발명이 적용된 다른 스위칭 전원의 블록다이어그램.

본 발명은 스위칭 전원에 있어서의 과전류 보호장치에 관한 것으로써, 특히 스위칭 전원에 사용된 파워스위칭 소자를 손상으로 부터 보호하기 위한 과전류 보호장치에 관한 것이다.

연속 제어형의 안정된 전원장치는 통상 제어회로 내에 손실을 동반하므로 고전력을 공급하는 형식의 안정된 전원장치로서는 적합하지 않을뿐만 아니라, 스위칭 전원장치는 제어회로의 커다란손실을 수반하지 않으므로 전술한 형식의 안정된 전원장치로서 적합하다.

스위칭 전원장치는 일반적으로 교류전압을 정류하기 위한, 정류기와 이정류기에 연결된 1차권선과 평활회로에 연결된 2차권선을 가진 변압기 및 이 변압기의 1차권선을 개폐하기 위한 파워 스위칭 소자를 포함하며, 규정레벨의 직류전압의 파워 스위칭 소자의 적당한 스위칭 제어에 의해 평활회로의 출력으로 부터 얻어진다.

전술한 형식의 스위칭 전원장치내의 파워 스위칭 소자는 과도한 전류가 유입하면 손상되기 쉽다. 이것은 변압기의 철심이 포화할때나 어떤 예기치 못한 이유로 2차배선 내에 단락이 발생할때 또는 관련회로가 과부하될 때 발생하는 과도한 전류의 유입에 기인하며 파워 스위칭 소자를 손상시킨다. 따라서 종래의 스위칭 전원장치는 통상 1차회로에 1차전류치를 검출할 수 있는 전류 검출수 단에 의해 1차전류가 사전결정된 값을 초과된 것이 검출될때 소자가 "오프"되므로 과도한 1차 전류는 파워 스위칭 소자내로 유입될 수 없다. 그런, 이러한 종래의 과전류 보호장치의 주요결점은 1차전류의 검출과 파워 스위칭 소자의 개방 사이의 지연이다. 1차 전류의 증가가 비교적 완만한 곡선적인 지연은 별로 중요 요소가 아닌것으로 파워 스위칭 소자가 거의 충분히 보호될 수 있지만 변압기 철심의 포화나 또는 2차 전선단의 단락같은 사고에 기인하여 갑자기 1차 전류가 증가하면, 과도한 전류가 흐르기 시작한 후 까지 파워 스위칭 소자가 보호받을 수 없게되어 파워 스위칭소자가 손상받게 된다.

종래의 과전류 보호장치에서는 이러한 손상을 방지하기 위하여 대전류 용량의 파워 스위칭 소자를 사용하였지만 전류 용량에 비례하여 가격이 비싸며 거기서 발생된 열이 용이하게 소산되지 않는 결점이 있었다.

종래의 과전류 보호장치가 당면하는 또다른 문제점은 직류전압의 공급이다. 즉, 일단 과전류가 검출되면 파워 스위칭 소자는 이것을 보호하기 위해 "오프"된 후 과전류 원인이 제거된 후 소자의 스위칭은 직류전압의 공급을 계속할 수 있도록 정상상태로 복뒤되어야 하는 데, 1차 전류가 사고로 잠깐동안 과도해진 후 정상치로 복귀하여도 직류전압의 공급이 종료하여 수치제어 장치와 같은 직류 구동장치로 부터 구동전압을 제거하여 구동장치의 작동을 정지시키므로 작동효율을 감소시킬 뿐만 아니라

종래 기술의 장치의 또 다른 결점을 스위칭 파워 공급장치의 스위칭 소자가 "오프"되는 것보다 장기간 "온"되는 경우가 종종 있는데, 이것은 스위칭 소자가 "온"일 때 변압기의 인덕턴스내에 저장된 에너지가 완전히 방출되지 않아서 잔류 에너지는 점차 축적하여 변압기를 포화시켜 과도한 1차 전류를 유발하여 순차적으로 소자를 손상시켜 직류전압을 중단된다.

본 발명은 스위칭 전원에 사용되는 과전류 보호장치에 관한 것으로써, 특히 회로 단락과 같은 오기능에 도불구하고 스위칭 전원에 사용된 파워 소자의 손상을 방지함과 동시에 연속적으로 직류전압을 공급할 수 있는 과전류 보호장치를 제공하고져 하는데 있다.

본 발명의 목적은 과전류 조건이 검출되자마자 지체없이 파워소자를 "오프"함으로써 과도한 전류의 흐름에 기인한 파워스위칭 소자의 파괴를 방지하고져 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소자의 최초의 손상을 즉시 추종하는 주기동안 연속적으로 파워 스위칭 소자가 "온" "오프"되게 함으로써 과전류조건의 검출에 의해 파워 스위칭 소자가 "오프"된 후라도 직류전압을 공급할 수 있는 과전류 보호장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 순시 과전류가 흘러도 정상적으로 직류전압을 계속 공급할 수 있는 스위칭 전원장치의 과전류 보호장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 파워 스위칭 소자가 "온"되는 것 보다 장기간 "오프" 시킴으로써 변압기의 포화에 기인한 과전류의 흐름을 방지할 수 있는 과전류 보호장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조의 신규의 과전류 보호장치를 제공하는데 있다. 이하 첨부도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 종래의 스위칭 전원장치의 일예를 예시한 블록 다이어그램으로써, 본 시스템은 정류기(1)와, 변압기 (T)와, 다이오우드(D₁)(D₂)와, 평활용 쵸우크(L) 및 커패시터(C)와 변압기(T) 내에 저장된 에너지를 방출하기 위한 다이오우드(D₃)의 출력전압 V₀)와 기준전압 V_ref1을 비교하여 2차 전압 V_def를 발생하기 위한 차동증폭기(2)와, 차동증폭기(2)에 의해 공급된 전압 V_def의 진폭을 제어하기 위한 진폭 제어회로(3)와, 폭이 진폭 제어회로(3)에 의해 제공된 신호 V_ac에 따라 변조되는 제어펄스 P_ct를 발생하기 위한 펄스폭 변조기(4)와, 제어펄스 P_ct가 존재할 때 후술할 파워 스위칭 소자를 "온"하기 위해 약한 제어펄스 P_ct를 증폭하기 위한 드라이버(5) 및 상기 정류기(1)로 부터 변압기(T)의 2차권선단자에 연결된 정류 및 평활부분에 직류전원을 송출하기 위해 드라이버(5)로 부터 구동펄스 P_ct'에따라 스위칭되는 스위칭 소자(6)을 포함한다. 상기 펄스폭 변조기(4)는 고정된 진폭과 주파수를 가지는 톱니파신호 V_saw를 발생시키기 위한 톱니파 발생기와 진폭 제어회로(3)로 부터의 출력신호 V_ac의 진폭과 상기 톱니파신호 V_saw의 진폭을 비교하기 위한 비교기로 구성된회로로써 상기 비교기의 출력은 V_saw(진폭), V_ac(진폭) 일때 제어펄스 P_ct를 발생하기 위해 논리 "1"레벨이 된다.

전술한 형식의 종래의 스위칭 전원장치는 작동중 과도한 전류가(1) 변압기(T)의 철심이 포화할 때, (2)변압기의 2차 측상의 다이오우드(D₁)(D₂)가 단락될 때, (3) 회로가 과부하될 때 스위칭소자(6) 내로 유입되여 과전류 보호장치를 새로이 마련해야 한다.

스위칭 전원장치를 보호하는 한 방법은 제어펄스 P_ct의 펄스폭을 조절함으로써 1차 전류 i_P의 값을 고정상한에 제한하는 것이다.

제1도의 장치는 이하 서술할 구조와 작동의 전류조절형 보호회로로써 이것을 달성한다. 특히, 제1도에서 변류기(CT)는 1차 전류 i_p를 검출하기 위해 마련되며, 비교기(7)는 변류기(CT), 진폭 제어회로(3) 및 기준전압원 V_ref2에 연결되고, 비교기(7)는 변류기(CT)로 부터 신호와 1차 전류 i_p의 제한 레벨을 한정하는 기준전압 V_ref2를 비교하며, 진폭 제어회로(3)에 1차 전류 i_p가 제한 레벨을 초과할 때 발생되는 과전류신호 OCD를 송출한다. 진폭 제어회로는 차등

상기 장치에서 차동 증폭기(2)의 입력단자에 가해진 신호는 신호가 드라이버(5)의 출력단자에서 얻어지기 전에 차동증폭기(2), 통상 회로내에 삽입된 위상 보상회로, 진폭 제어회로(3), 펄스폭변조기(4) 등을 통과하여야 하거나 또는 그것들에 의해 작용되어야 하기 때문에 보호동작의 개시가 지연된다. 이 지연이 과부하가 단지 비교적 완만하게 1차 전류 i_p의 증가를 유발할 때 파워스위칭 소자의 충분한 보호를 거의 방해하지 않지만 변압기(T)의 철심이 포화할 때 또는 단락이 변압기(T)의 2차 측에

종래의 과전류 보호회로는 또한 과전류가 검출되면 파워 스위칭 소자가 "오프"된 후 과전류의 원인이 제거되면 소자의 게이팅제어가 직류전압을 공급하도록 복귀되게 설계되어 있지만 1차 전류가 정상치로 복귀하기 전에 단지 잠깐동안 과도해져도 직류전압의 공급은 역시 종료되는 바람직하지못한 결과를 유발하였다.

제2도는 본 발명의 실시예를 예시한 것으로, 상기 제1도에 예시된 구성에다가 펄스폭 변조기(4)에 의해 발생된 제어펄스 P_ct의 후연에 응답하여 후술할 래치회로를 리세트하는 펄스 PS를 발생하는 펄스발생회로(11)와, 미분회로와, RS 형 플립-플롭 및 비교기(7)로 부터의 출력신호 OCD에 의해 세트되고 펄스 발생회로(11)로 부터의 출력펄스 PS에 의한 리세트되는 래치회로(12) 및 그위 한입력단자가 펄스폭 변조기(4)로 부터 제어펄스 P_ct를 인입하며 타입력단자는 래치회로(12)로 부터 리세트신호 Q를 인입하는 AND게이트(13)로 구성되는데, 상기 회로들중 펄스 발생회로(11), 플립-플롭(12), AND 게이트(13) 및 비교기(7)가 과전류 보호회로를 구성한다.

제1도와 동일한 예시부호를 병기한 제2도의 부분은 제1도와 동일한 것으로 상세한 기술은 생략한다. 이하 상기 본 발명의 실시예의 동작을 제3도의 파형과 관련하여 기술한다. 차동중폭기(2)는 그 진폭이 전원장치 출력전압 V₀와 기준전압 V_ref1사이의 진폭 차에 기초를 둔 출력신호 V_def를 발생한다. 펄스폭 변조기(4)는 제3도의 시간 t₁에서 규정펄스폭 W를 가진 제어펄스 P_ct를 발생함으로써 출력신호 V_def에 응답한다.

정상 동작조건하에서 (즉, 회로가 규정한계내인 1차 전류 i_p로 계속 작동되는 조건하) 래치회로(12)는 사전에 미리 세트되어 있으며, 리세트출력 Q은 논리 "1"이 되기 때문에 AND 게이트(13)는 제어펄스 P_ct와 동일한 펄스폭을 가진 구동펄스 P_ct'가 드라이버(5)의 출력단자상에 나타나도록 개방된다. 상기구동펄스 P_ct'는 제3도에 도시한 1차 전류 i_p가 변압기(T)의 1차 권선을 통해 흐르도록 스위칭 소자를 "온"한다. 상기 펄스폭 증폭기(4)로 부터 제어펄스 P_ct가 감쇠할 때 펄스 발생회로(11)는 음행변이(negativegoing transition)의 타이밍에 일치하는 펄스 PS를 발생하여 전술한 것 같이 리세트 상태인 래치회로(12)의 리세트 단자에 인가해진다. 따라서 래치의 출력

는 논리 "1"이 된다.

펄스폭 변조기(4)는 시간 t₂에서 제2 제어펄스 P_ct를 인출한다. 2차 코일에 금속편의 낙하와 같은 예측하지 못하는 이유에 의해 변압기(T)의 2차 권선단이 단락되면 1차 전류 i_P는 급격히 상승하여 변류기(CT)에 의해 검출된다. 시간 t₃에 변류기(CT)로 부터의 출력적압과 1차 전류의 규정상한 I_th를 결정하는 기준전압 V_retf2를 비교하는 비교기(7)는 이 시간에서의 변류기 출력이 한도 I_th를 초과하는 값이므로 과전류 신호

CD를 인출한다. 과전류 신호

CD는 지연없이 래치회로(12)에 인가되여 출력단자. Q,

가 각각 논리 레벨"1" 및 "0"으로 세트한다. 래치회로(12)가 세트되는 순간에 AND게이트(13)는 폐쇄되어 펄스의 단편만이 게이트를 통과하도록 펄스폭 변조기(4)로 부터의 제어펄스 P_ct를 저지한다. 따라서 제어펄스 P_ct가 시간 t₃에 지지될 때 파워 스위칭 소자(6)가 "오프"되도록 드라이버(5)로 부터의 구동펄스 P_ct'는 논리 "0"이 된다.

파워 스위칭 소자가 "오프" 될 때 급격히 상승하기 시작한 1차 전류 i_p가 즉시 영(0)으로 감소하기 때문에 명백히 보호된다. 시간 t₄에서 펄스폭 변조기(4)로 부터의 제어펄스 P_ct가 감쇠할 때 펄스 발생회로(11)는 음행변위의 타이밍에 일치하게 다시 펄스 PS를 발생하며, 펄스 PS는 전술한 작동으로 세트상태인 래치회로(12)의 리세트단자에 다시 가해진다.

그러나, 펄스 PS의 인가는 상기 출력단자 Q,

가 각각논리 "0" 및 "1"이 되도록 래치회로의 상태를 역전시킨다. 이러한 방식으로 래치회로가 리세트될 때 AND게이트(13)는 다시 개방된다. 변압기(T)의 2차측이 전술한 바와 같이 금속편에 의해 단락되고 펄스폭 변조기(5)가 시간 t₅에서 제3어펄스 P_ct를 송출하면 파워 스위칭 소자(6)는 상술한 보호동작의 반복에 의해 보호된다.

만약 단락의 원천이었으며, 더 나아가 상술한 반복적인 보호동작의 원인이었던 금속편이 2차 권선으로 부터 제거된다고 가정하면, 펄스폭 변조기(4)가 지금 시간 t₈에서 제어펄스 P_ct를 발생하면 펄스는 개방 AND게이트에 의해 통과되며, 스위칭 소자를 "온"하기 위해 파워 스위칭 소자(6)에 인가된 구동펄스 P_ct'를 발생함으로써 응답할 드라이버(5)에 송출된다.

정상 1차 전류 i_P는 변압기(T)의 1차 권선으로 유입된 다음 펄스폭 변조기(4)로부타의 제어펄스 P_ct가 감쇠할 때 펄스발생회로(11)는 이것과 동기로 펄스 PS를 발생하여 래치회로(12)의 리세트단자에 인가된다. 이것은 1차 전류가 상한치 I_th를 초과하지 않는한 계속하여 정상작동을 나타낸다.

전기 실시예의 파워 스위칭 소자의 보호는 과부하나 또는 변압기 철심의 포화에 기인하는 1차 전류의 증가와 유사하게 진행된다.

신호

CD가 비교기(7)로 부터 AND게이트(13)의 입력단자에 직접 송출됨에 따라서 발생하는 진동현상을 배제하기 위해 비교기(7)로 부터의 과전류 신호

CD는 래치회로(12) 내에 일시적으로 보유된다. 다시 말하면, 신호

CD의 래칭은 1지 전류 i_p가 증가하고, 비교기(7)는 과전류를 검출하며, AND게이트(13)는 폐쇄되고, 1

본 발명의 다른 실시예가 제4도에 예시되어 있는데, 이 실시예에서는 제2도의 실시예가 스위칭 소자를 "오프" 기간보다 단기간 동안 "온"하는 수단과 함께 추가로 제공된다. 상기추가수단은 펄스 발생회로(11)로 부터 펄스 PS가 인가될 때 마다반복적으로 세트 및 리세트되는 JK플립-플롭(21)과 상기 JK형 플립-플롭(21)이 리세트 상태일 때 제어펄스 P_ct를 통과하는 AND게이트(22)이다. JK 플립-플롭(21)이 최초로 리세트 상태라 가정하면 제1제어펄스는 JK 플립-플롭(21)이 펄스 발생회로(11)를 경유하여 최초 제어펄스에 의해 세트될 것으므로 AND게이트(22)에 의해 블로킹 될 것이다. 그후, 이와 유사하게 기수번호의 제어펄스 P_ct만이 AND게이트(22)를 통과하며, 우수번호의 제어펄스는 블로킹이된다. 따라서, 매 다른 제어펄스만이 드라이버(5)에 가해지므로 파워 스위칭 소자(6)는 전체적으로 제어펄스 P_ct의 충격계수가 50% 보다 커도 '온"되는 것보다 길게 "오프"된다. 이것은 변압기(T) 내에 축적된 에너지가 다이오우드(D₃)를 통해 신뢰할 수 있게 복구함에 따라서 변압기(T)의 포화를 방지한다.

제5도는 본 발명이 적용될 수 있는 스위칭 전원장치의 다른 실시예를 도시한 것으로 전파 정류기(31)와 평활 콘덴서(32)와, 1차권선이 상기 전파 정류기의 플러스단자에 연결된 중앙탭을 가진변압기(33)와, 1차권선의 각 단부에 연결 된파워 스위칭 소자(34)(35)와, 상기 파워 스위칭 소자가 "오프"일 때 변압기(33)내에 축적된 에너지가 통과해 복귀되는 다이오우드(36)(37)와, 정류 다이오우드(D₁)(D₂)와, 평활회로를 구성하는 콘덴서(C) 및 쵸우크(L)와, 1차 전류 i_p를 검출하기 위한 변류기(CT)와, 차동증폭기(39)와, 펄스폭 변조기(40)와, 파워 스위칭 소자를 구동하기 위한 드라이버(41)(42)와, 과전류 보호회로로 구성된 것으로, 본 장치가 2개의 스위칭 소자(34)(35)의 스위칭을 교대로 제어를 행하는 것을 제외하고는 제2도의 회로와 유사하다. 이스위칭 전원장치의 파워 스위칭 소자(34)(35)가 교대로 개방, 폐쇄되므로, 각 스위칭 소자는 에너지의 축적을 수반하는 변압기의 포화를 방지하도록 "온"되는 것보다 길게 "오프"된다.

본 발명을 요약하면, 전술한 바와 같이 게이트 회로가 펄스폭 변조기의 출력단자와 파워 스위칭소자에 구동펄스를 공급하는 구동 장치의 입력단자 사이에 삽입된 장치를 통해 파워 스위칭 소자를 보호하며, 게이트회로는 과전류 검출수단에 의한 검출동작의 결과로서 발생된과 전류신 호에 의해 폐쇄된다. 게이트회로의 폐쇄는 보호동작이 종전 기술과 같이 펄스폭 변조기의 출력단자와 차동증폭기의 입력단자 사이의 통로내에 삽입된 진폭제어 및 위상보상회로와 같은 회로에 의해 지연되지 않도록 스위칭 소자에 가해진 구동펄스를 즉시 블로킹한다. 따라서, 파워 스위칭 소자는 즉시 차단되며, 스위칭 소자를 통해 흐르는 과전류가 규정치를 초과하자말자 보호된다. 그리고, 상기와 같이 폐쇄된 게이트회로는 래치회로가 후연부 검출수단으로 부터의 신호에 의해 주기적으로 리세트 될때 래치회로에 의해 자동적으로 개방될 수 있으므로 과전류 발생에 의해 스위칭 전원장치가 작동되지 않게 수동으로 리세트 할필요가 없다. 따라서, 부하등의 정상화 때문에 1차 전류가 정상으로 복귀할때 회로의 정상작동이 자동적이며, 즉각적으로 복귀될 수 있다.

전술한 실시예에서 후연부 검출수단으로 부터의 리세트 펄스에 의해 래치회로가 리세트되는 동안 래치리세트 타이밍은 제어펄스의 후연부와 일치할 필요는 없고 다음 제어펄스의 도달전의 임의의 시간에 달성되면 충분하다. 따라서 상술한 바와 같이 예로서 타이머회로가 구비되어 제어펄스의 전연부가 검출된 세트시간 후 펄스를 인출하면 정확히 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

Claims (1)

1. 변압기의 1차 전류를 스위칭하기 위한 파워 스위칭 소자와, 상기 변압기의 2차 권선단에 정류된 출력전압의 변화에 따라서 펄스폭이 변조되는 제어펄스들을 발생시키기 위한 제어회로와, 상기제어펄스로 상기 파워 스위칭 소자를 스위칭하기 위한 드라이버와, 상기 파워 스위칭 소자에 흐르는 전류가 규정치를 초과한 것을 검출한후 과전류 검출신호를 발생시키 위한 과전류 검출수단으로 구성된 스위칭 전원에 있어서의 파워 스위칭 소자의 과전류 보호장치에 있어서, 상기 과전류 신호에 의해 세트되는 플립-플롭과,상기 플립-플롭이 세트될때는 제어펄스롤 상기 드라이버에 인가되는 것을 방지하고 상기 플립-플롭이 리세트될때는 상기 제어펄스를 상기 드라이버에 인가하는 AND게이트와, 상기 제어펄스의 후연에 응답하여 펄스 PS를 발생하고 이 펄스 PS 에 의해 상기 플립-플롭을 리세트하기 위한 펄스 발생수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 전원에 있어서의 파워 스위칭 소자의 과전류 보호장치.

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