KR910007048Y1 - 주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이버회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이버회로

제1도는 일반적인 스위칭형 전원공급장치 블록도.

제2도는 본 고안에 따른 회로도.

제3도는 제2도의 동작파형도.

제4도는 본 고안에 따른 또다른 실시예의 회로도.

제5도는 제4도의 동작파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 입력평활부 20 : 보조전원부

30 : 제어부 40 : 베이스 드라이브부

50 : 주스위칭부 60 : 전류검출부

70, 100 : 트랜스포머 80 : 정류부

90 : 평활부 101, 200 : 다이오드

102, 103, 104, 202, 205 : 저항 201, 204 : 트랜지스터

203, 206 : 캐패시터

본 고안은 스위칭형 전원공급장치(Switching Mode Power Supply)의 주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이버 회로에 관한 것으로, 특히 절연형 주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이버회로에 관한 것이다.

일반적으로 통신장비에 설치되어 있는 주스위칭형 전원공급 장치는 본원 출원인에 의해 1987년 8월 28자로 실용신안 등록출원된 제87-14120에 개재되어 있으며 이를 살펴보면 제1도와 같다.

스위칭시 발생되는 입력전원의 노이즈를 제거하는 입력평활부(10)와, 상기 입력평활부(10)의 출력을 드라이브하여 각 칩의 구동전원(VCC1, VCC2)으로 공급하는 보조전원부(20)와, 상기 보조전원부(20)의 출력(VCC1)에 의해 구동되며 출력전압과 스위칭 전류의 검출에 의해 적절한 PWM제어신호를 발생하는 제어부(30)와, 상기 제어부(30)의 출력을 드라이브하여 안정된 전류를 공급해 주도록 하는 베이스 드라이브부(40)와, 상기 베이스 드라이브부(40)의 출력에 따라 주스위칭 트랜지스터의 베이스 전류의 공급으로 스위칭에 따른 공급교류 전원신호를 발생하는 주스위칭부(50)와, 상기 주스위칭부(50)에 흐르는 전류를 검출하여 상기 제어부(30)에 입력하는 전류검출부(60)와, 상기 주스위칭부(50)의 출력 교류전원을 소정비로 변환하는 트랜스포머(70)와, 상기 트랜스포모(7)의 출력을 직류로 변환하는 정류부(80)와, 상기 정류부(80)의 출력 직류전원에서 잡음을 제거하여 전원을 공급하는 평활부(90)로 구성된다.

상기와 같은 구성으로 되어진 주스위칭 공급장치에는 절연형과 비절연형으로 나누어진다.

예를들어 입력평활부(10)의 입력단(A1,A2)에서 A1이 접지(GND)이고, A2가 "-48"일 때 트랜스포모(70)의 탭단자(tap terminal)(A3)의 전위(VCC3)가 "+"이고, 제어부(30)와 베이스 드라이브부(40)의 전원공급단(VCC1)은 "+"이다.

따라서 베이스 드라이브부(40)에서는 트랜스포머에 의해 절연시켜 두는 방식으로 노드(41)를 접지(GND)하면 제어부(30)와 베이스 드라이브회로(40)사이가 절연된다. 이때 정상구동전원(VCC1)이 공급되도록 한다.

상기방식이 절연형이고, 입력단(A1)이 +이고, 보조전원부(20)에서 출력되어 입력되는 제어부(30)와 베이스 드라이버회로(40)의 전원(VCC1)이 "+"일 때, 트랜스포머(70)의 탭단(A3)또한 "+"이므로 노드(41)는"-"가 되어 절연할 필요가 없으므로 비절연형이라 한다.

본 고안에서는 절연형에 관한 것으로 절연형을 기준으로 하여 설명한다.

지금 입력단(A1)에 "+"전원, 입력단(A2)에 "-"전원이 인가 되어 소정 직류전원이 입력평활부(20)로 입력되면 스위칭시 발생된 노이즈는 제거되고, "+"전원(VCC3)이 트랜스포머(70)의 탭단(A3)에 인가된다.

상기 입력평활부(10)의 출력이 제어부(30)와 베이스 드라이버부(40)각각에 구동전원(VCC1)이 공급되면, 상기 제어부(30)에서 PWM파를 발생출력한다. 상기 제어부(30)에서 발생된 PWM파 신호를 베이스 드라이버부(40)에서 드라이빙함으로서 주스위칭부(50)의 트랜지스터포머(70)에서 교류신호를 출력하게 되고 정류부(80)에서 이를 직류화하여 평활부(90)에서 잡음을 제거한후 시스템에 공급된다. 그리고 전류검출부(60)에서 주스위칭부(50)를 통해 흐르는 전류를 검출하여 제어부(30)에 입력하고, 평활부(90)의 출력단(91)에서 출력전압을 검출하여 제어부(30)에 입력하면 소정치 이상으로 발생되는 전원공급을 제한하여 적절한 PWM피가 발생되어 베이스 드라이버부(40)의 제어에 의해 안정된 전원이 공급되도록 한다.

상술한 바와같은 베이스 드라이버부(40)는 제어부(30)로부터 출력되는 PWM파를 주스위칭부(50)의 트랜지스터의 베이스에 안정된 전류로 공급하도록 되어 있었다.

만약 베이스 드라이버부(40)를 제거한 상태에서 제어부(30)의 제어된 펄스를 이용하여 주스위칭부(50)의 트랜지스터 베이스를 직접제어할 경우는 주스위칭부(50)의 구동전류 용량이 부족하여 재출력을 얻을수 없으므로 최근에와서 필수적으로 베이스 드라이버회로(40)를 사용하고 있다. 그러나 종래에 베이스 드라이버(40)를 사용하여 전원을 공급하는 장치중 증용량 이상의 출력을 얻고자할 경우 상기 베이스 드라이버(40)을 2개의 트랜지스터를 다아링톤으로 연결하여 사용하였으나 스위칭속도가 늦어 주스위칭 트랜지스터의 손실이 증가하고 전원공급장치의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 전원공급장치의 출력용량 및 입력전원에 따라 트랜스포머로서 구성된 주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이브 회로를 선택사용하여 스위칭 트랜지스터의 열손실을 줄여 공급전원 효율을 높일수 있는 회로를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 회로 단순화로 전원공급장치의 소형화와 원가절감할수 있는 회로를 제공함에 있다.

이하 본 고안은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 고안에 따른 회로도로서, 제어부(30)는 출력단으로 부터 검출된 출력전압과 주스위칭 트랜지스터를 통해 흐르는 과전류를 검출하여 기준레벨이 설정되면 발진신호에 PWM파를 발생하고, 주스위칭부(50)은 제어부(30)의 제어된 출력에 따라 베이스 드라이브부(40)에서 공급되는 전류에 의해 공급될 교류전압을 발생하는 회로이다. 상기 제어부(30), 주스위칭부(50)의 구성 및 그 동작은 공지이므로 제1도와 동일한 부호로 나타낸다.

본 고안에 따른 베이스 드라이브부(40)의 구성은 상기 제어부(30)의 출력라인(93)의 출력을 일자측과 이차측 권선이 전기적으로 절연된 트랜스포머(100)의 일차측 권선의 입력노드(110)에 접속하고 접지라인(41)을 다이오드(101)에 에노드에 접속하며, 상기 트랜스포머(100)의 이차측 권선의 양단에는 저항(102)이 접속되며 상기 저항(102)과 병렬로 바이어스 조절저항(103)(104)이 직렬 접속되며, 상기 일차측의 탭단자에는 전원 전압(VCC1)이 접속되어 구성된다.

이때 상기 제어부(30)의 출력라인(93)은 PWM제어기, 예를들면 TL494의 출력 트랜지스터 콜랙터이고, 접지라인(41)은 출력 트랜지스터의 에미터이다.

제3도는 제2도의 부분 동작 파형도로서, (a)도는 제어부(30)의 콜렉터로부터 출력되는 PWM펄스의 출력파형도이고, (b)도는 트랜스포머(100)의 출력저항(103), 저항(104)에 의한 분압에 의한 전원으로서 이는 저항(104)의 양단간의 출력 파형도이다.

본고안의 구체적 실시예의 동작을 제2도 및 제3도를 참조하여 설명한다.

출력측에 적정한 전원을 공급하도록 PWM으로 제어된 펄스신호가 제어부(30)의 출력라인(93)으로 출력되어지면, 트랜스포머(100)의 일차측권선의 입력노드(110)에는 제3도(a)와 같은 전압이 나타난다.

이때 상기 제3도(a)와 같은 PWM펄스 신호를 입력하는 트랜스포머(100)의 일차측 권선의 입력노드(110)의 전위가 일차측의 탭단자로 공급되는 입력전원(VCC1)과 같은 레벨이거나 클때에는 상기 트랜스포머(100)의 일차측 권선의 탭단자에서 공급 되어지는 전원(Vcc1)은 흐르지 못함으로 이차측 권선으로 유기되지 못하게되어 오프상태에 있게된다.

즉 제어부(30)내의 출력 트랜지스터가 "오프"되어 상기 출력 트랜지스터의 콜렉터 전압이 제3도 (a) 과 같이 "하이"인 상태에서는 일차측 권선으로 입력되는 전원은 이차측으로 유기되지 않는다.

따라서 트랜스포머(100)의 이차측 권선 양단에 접속된 저항(102)의 양단에는 제3도(b)와 같은 "로우"상태의 전압이 출력된다.

상기 제어부(30)의 출력 트랜지스터가 "턴온"되어지면, 트랜스포머(100)의 일차측 권선의 입력노드(110)의 전압은 제3도 (A)와 같이 "로우"로 된다.

이때 트랜스포머(100)의 일차권선의 탭단자로 입력되는 전원(VCC1)은 입력노드(110)과 일차측 권선를 통해 제어부(30)내의 출력트랜지스터의 콜렉터와 에미터를 통해 접지로 흐르게 되어 일차측 권선에 전류루프가 형성됨으로써 상기 일차측 권선으로 유입되는 전류는 일차측권선과 이차측권선의 소정권선비에 의해 이차측권선의 출력노드(130)로 유기 출력된다.

상기 트랜스포머(100)의 이차측 권선 양단으로부터 출력되는 전압은 부하저항(102)와 전류제한 저항(103)(104)에 의해 소정전류로 제한되어진후 소정. 레벨의 전압으로 분압되어 제3도 (b)의 "하이"와 같이 출력된다. 즉 상기 저항(103)에 의해 전류 제한되며, 전류 제한된 전압은 직렬 접속저항(103)(104)에 의해 분압되어 주스위칭부(50)내의 트랜지스터의 베이스에 입력 되어진다.

따라서 제어부(30)의 제어출력에 의해 트랜스포머(100)의 전류 루프가 단속제어됨으로써 일차측권선에 입력되는 전원전압(Vccl)이 이차측권선으로 유기된 전압이 주스위칭부(50)에 공급된다. 즉 주스위칭부(50)에는 트랜스포머(100)에 의한 전류에 의한 전류가 드라이브된다.

만약 주 스위칭부(50)의 스위칭 트랜지스터가 NPN일 경우 상기 트랜스포머(100)의 이차측 권선의 출력 "하이"일때 "온"되고, "로우"일때 "오프"되어 스위칭 동작을 행하게 된다.

제2도와 같이 구성된 베이스 드라이브부(40)의 회로에 의해 주스위칭부(50)의 주스위칭 트랜지스터의 베이스로 드라이브 하여줄수있는 전류는 150mA 정도도 일정하게 공급할수 있으며, 상기 전원전압이 12V-18V일 때 최상으로 할 수 있다. 이때 트랜스포머(100)의 일차측 권선의 입력모드(110)가 0(Zero)볼트일 때 이차측권선의 출력단에 접속된 주스위칭부(50)가 스위칭 되도록 트랜스퍼머(100)를 설계하여야 한다.

제4도는 출력용량이 크게 요구될시에 제2도의 회로를 개선한 본 고안의 또다른 일실시예의 회로도로서, 제어부(30)와 주스위칭부(50)는 전술한 바와 같이 이미 공지된 회로로서 제1도 및 제2도에서 표기된 참조번호를 그대로 표기하였다.

본 고안에 따른 또 다른 실시예인 베이스 드라이브부(40)의 구성은, 상기 제어부(30)의 출력라인(93)에 다이오드(200)의 에노드측을 접속하고, 또한 상기 출력라인(93)에 트랜지스터(201)의 베이스를을 접속하며, 트랜지스터(201)의 베이스에서 저항(202)을 접속하여 접지(GND)되도록하고, 상기 다이오드(200)의 캐소드측에 캐패시터(203)의 (+)측과 상기 트랜지스터(201)의 에미터를 접속하고 콜렉터는 접지시킨다. 상기 캐패시터(203)의 (-)측과 접지사이에 저항(205)을 접속하고. 트랜스포머(100)의 일차권선의 입력노드(110)와 중간 탭(A3)의 전원라인에 (+)측이 접속된 캐패시터(206)의 타단에 콜렉터 및 에미터가 접속되어 상기 캐패시터(203)의 (-)단자가 베이스에 접속된 트랜지스터(204)로 구성된 부분을 제외한 그 이외의 구성 및 번호는 제2도와 같다.

상기 제4도와 같이 구성된 회로는 제어부(30)의 출력을 전류 증폭하여 더 큰 구동전류의 신호로서 상기 주스위칭부(50)을 드라이브하기 위한 것이다.

제5도는 본 고안에 따른 제4도의 동작 파형도로서 (a)는 제어부(30)의 출력신호이고, (b)는 트랜지스터(204)의 콜렉터의 파형도이며, (c)는 트랜스포머(100)의 이차측 권선으로부터 출력되어 주스위칭부(50)의 스위칭 트랜지스터의 베이스로 인가되는 베이스 드라이브 신호이다.

상기 제5도의 파형도를 참조하여 본 고안의 또다른 실시예인 제4도의 동작을 기술한다.

상기 제4도와 같이 구성된 베이스 드라이부에 전원전압(Vcc1)이 입력되면, 이에 접속된 캐패시터(206)가 충전을 개시하여 입력전압(Vcc1)을 충전하고 있게 된다.

상기와 같이 캐패시터(206)에 전압이 충전된 상태에서 출력측에 적정한 전원을 공급하도록 PWM으로 제어된 신호가 제어부(30)에서 제5도(a)와 같이 출력하면 상기 제5도 (a)파형의 "하이"구간에서 다이오드(200)는 "온"되어 제어될 펄스의 전류가 흐른다. 이때 캐패시터(203)에서 직류성분은 차단충전되고, 교류성부만 통과하여 트랜지스터(204)의 베이스로 입력된다.

한편 상기 제5도(a)와 같은 신호를 저항(202)를 통해 베이스로 입력하는 트랜지스터(201)는 PNP형 이므로 오프된다.

그러나 제5도 (a)파형의 "로우"구간에서 다이오드(200)는 오프되고 트랜지스터(201)는 "온"되어짐으로 상기 캐패시터(203)에 충전된 전류충전 값을 상기 트랜지스터(201)의 에미터 블랙터를 통해 방전시키어 트랜지스터(204)의 베이스에는 "로우"신호가 입력되도록 한다.

따라서 제5도 (a)와 같은 신호가 라인(93)에 입력되게 되면 전류증폭된 신호가 트랜지스터(204)의 콜렉터에서 제5도(b)와 같이 출력되게 된다.

이때 트랜스포머(100)의 탭단자에 입력되는 전원(Vcc1)와 캐패시터(206)의 충전압은 트랜지스터(204)의 충전전압은 트랜지스터(204)의 콜렉터의 에미터간을 통해 흐르게 됨으로써 일차측권선에 흐르는 전압은 제5도 (c)와 같은 전압으로 이차측권선의 출력노드(130)으로 출력된다.

따라서 상기 트랜지스터(204)가 "온"되면 캐패시터(206)의 방전전압과 전원전압과 전원전압(Vcc1)이 동시에 트랜스포머(100)의 일차측 권선과 상기 트랜지스터(204)의 콜렉터-에미터간을 흐르므로써 2차측에 유기되는 저압은 제2도의 회로보다 크게 된다.

상기 트랜스포머(100)의 일차권선에 흐르는 전압을 이차측으로 유기 출력하는 상기트랜스포머(100)는 소정 권선비에 따른 전압을 출력노드(130)으로부터 제5도(c)와 같이 출력되는 신호는 제2도에서 전술한 바와같이 부하 저항(102)과 전류제한 및 전압분압용 저항(103)(104)에 의해 조절되어 출력된다.

상기와 같이 트랜스포머(100)의 이차측으로부터 출력되어지는 출력전압은 주스위칭부(50)내의 트랜지스터의 베이스에 입력되며, 주스위칭부(50)의 트랜지스터는 상기 제5도 (c)의 전압에 의해 스위칭된다.

이때 상기 트랜스포머(100)의 이차측의 출력전압이 "하이"이면 주스위칭부(50)의 트랜지스터는 "온"되어 트랜스포머(70)의 일차측을 드라이빙하고, "로우"이면 "오프"되어 트랜스포머(70)의 전류루프(Current Loop)를 차단한다.

상기 트랜스포머(100)에 공급되어지는 보조전원(Vcc1)은 12V-18V 사용하면 좋은 효과를 얻을수 있고, 트랜스포머(100)는 일차측권선으 입력노드(110)이 "로우"일 때 이차측권선에 접속된 주스위칭부(50)의 트랜지스터가 "온"스위칭될수 있게 설계되어야 한다.

이 경우 주스위칭부(50)의 스위칭 트랜지스터 베이스뢰 드라이브 할수 있는 전류는 최대 1.5A정도 내에서 안정하게 공급할 수 있다.

상술한 바와같이 전원공급장치의 출력용량 및 입력전원에 따라 트랜스포머에 의한 중간 탭 전원으로 드라이브함으로써 드라이브를 간단히 실현할 수 있는 이점과 소정범위 내에서 주스위칭부 트랜지스터 베이스에 안정된 전류공급 하므로서 전력손실을 줄일수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 소정의 전원을 정류하여 제1, 제2전원을 공급하는 전원부(10)(20)와, 제어된 PWM파를 발생하는 제어부(30)와 주스위칭부(50)를 구비한 주스위칭형 전원공급장치의 절연형 주스위칭트랜지스터 베이스 드라이브회로에 있어서, 상기 제어부(30)의 출력라인(93)에 다이오드(200)의 애노드 및 베이스와 접지사이에 저항(202)이 접속된 트랜지스터(201)의 베이스를 접속하고, 상기 다이오드(200)의 캐소드측에 상기 트랜지스터(201)의 에미터와 캐패시터(203)의 일단을 접속하며, 상기 캐패시터(203)의 타단과 접지사이에 바이어스 저항(205) 및 트랜지스터(204)의 베이스를 접속하고, 상기 트랜지스터(204)의 에미터가 접지와 접속된 다이오드(101)의 에노드에 접속되고, 상기 다이오드(101)의 캐소드와 상기 트랜지스터(204)의 콜렉터 사이에 전원(Vcc1)을 중간탭으로 공급받는 일차권석이 직렬 접속되며, 상기 중간탭과 상기 트랜지스터(204)의 에미터 사이에 직렬 접속된 캐패시터(206)가 접속되어 상기 트랜지스터(204)의 스위칭에 따른 일차측 권선의 전류를 이차측으로 유기하여 소정 펄스전류를 상기 주스위칭부(50)의 트랜지스터의 베이스에 입력시키는 트랜스포머(100)로 구성됨을 특징으로 하는 주스위칭 트랜지스터의 베이스 드라이버회로.