KR920000974Y1

KR920000974Y1 - 안정화 전원장치

Info

Publication number: KR920000974Y1
Application number: KR2019900014112U
Authority: KR
Inventors: 사다오 오꼬찌
Original assignee: 가부시끼가이샤 도오시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-02-06

Abstract

내용 없음.

Description

안정화 전원장치

제1도는 본 고안의 1실시예에 따른 구성을 나타낸 회로도.

제2도는 스위칭주파수와 입력임피던스의 관계를 나타낸 그래프

제3도는 발진회로(OSC′)의 구성을 나타낸 회로도.

제4도는 종래의 안정화전원장치중 일례를 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

Q₁: 트랜지스터 T₁,T₂: 인버터트랜스

N_P: 1차코일 N_S1, N_S2: 2차코일

A₁,A₂: 오차층폭회로 OSC,OSC′ : 발진회로

PWM : 펄스폭변조회로 DR : 구동회로

R_S: 전류검출용 저항 R_L: 교류부하

[산업상의 이용분야]

본 고안은 안정화된 직류와 안정화된 교류를 함께 출력할 수 있도록 된 다출력형의 안정화전원장치에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

전자기기등의 직류부하와 형광램프같은 교류부하에 함께 전원을 공급할 수 있도록 된 다출력형의 안정화전원장치로서 종래 제4도와 같은 장치가 알려져 있다.

여기서 도면중 참조부호 V₀는 입력되는 직류, Q₁₁은 스위칭용 트랜지스터, T₁은 인버터트랜스, N_P는 인버터트랜스(T₁)의 1차코일, N_S는 인버터트랜스(T₁)의 2차코일, D₁과 D₂는 정류용 다이오드, L₁은 쵸크코일, C₁은 평활용 콘덴서를 각각 나타낸다.

또한, INV는 상기 2차코일(N_S)로부터 직류를 입력해서 스위칭을 수행함으로써 교류를 출력하는 인버터, T₂는 인버터트랜스, C₂는 필터용 콘덴서, R_L은 교류부하, A₁은 상기 2차코일(N_S)로 부터 발생된 직류를 인가받아 기준입력전압(V_R)과 비교해서 그 차이에 따른 신호를 출력하는 오차증폭회로, OSC는 3각파를 발생시키는 발진회로, PM은 상기 오차증폭회로(A₁)의 출력신호와 발진회로(OSE)에서 출력되는 3각파의 교차점에 대응되는 폭의 펄스를 출력하는 펄스변조회로, DR은 상기 펄스를 증폭해서 트랜지스터 (Q₁₁)의 베이스에 인가하는 구동회로를 각각 나타낸다.

상기와 같은 구조로 된 안정화전원장치에서는 직류출력(V₁)이 직류 부하(도시되지 않았음)에 인가되는 한편, 이 직류출력(V₁)은 인버터(INV)에서 스위칭되어 교류로 변조된 후, 인버터트랜스(T₂)에 의해 변압되어 교류부하(R_L)이 인가된다. 한편, 인버터(INV)는 교류부하(R_L)에 흐르는 전류를 검출저항(R_S)에서 검출하여 전류가 일정하게 되도록 스위칭동작을 실시한다. 즉, 본 장치는 직류부하에 정전압을 인가함과 동더불어 교류부하에는 정전류를 각각 인가할 수 있도록 되어 있다.

그러나 상기한 안정화전원장치는 직류용과 교류용으로 사용되는 2벌의 스위칭회로를 구비하고 있기 때문에 회로구성이 복잡하게 되어 부품수가 많아지게 되고, 그 결과 제조원가가 상승된다는 문제점이 있었다.

[고안의 목적]

본 고안은 상기한 점을 감안해서 안출된 것으로, 안정화된 직류전원과 교류전원을 함께 출력할 수 있게 함과 더불어 회로구성을 간단하게 하여 제조원가를 낮출 수 있도록 된 안정화전원장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

[고안의 구성]

상기 목적으로 달성하기 위한 본 고안은, 1차측에 직류전압(V₀)이 인가되는 1차코일(N_P)을 갖추면서 2차측에 제1 및 제2의 2차코일(N_S1, N_S2)을 갖춘 트랜스(T₃)와, 상기 1차코일(N_P)의 일단에 콜렉터가 접속되면서 스위칭 소자로 작용하는 트랜지스터 (Q₁), 상기 제1의 2차코일(N_S1)에 접속되면서 다이오드(D₁, D₂)와 쵸크코일(L₁) 및 평활용 콘덴서(C₁)로 구성되어 직류전압(V₁)을 출력하는 정류평활회로 및, 상기 제2의 2차코일(N_S2)과 교류부하(R_L)간에 설치되면서 쵸크코일(L₂)과 필터용 콘덴서(C₃)로 구성되어 일정한 교류전류를 상기 교류부하(R_L)에 출력하는 공진회로를 구비해서 상기 1차코일(N_P)에 흐르는 전류를 상기 트랜지스터(Q₁)를 온/오프시킴으로써 상기 2차코일 (N_S1, N_S2)에서 원하는 출력전압을 얻을 수 있도록 정전압 직류전원회로와 저전류교류전원회로를 갖춘 안정화전원장치에 있어서, 상기 정류평활뢰로로부터 출력되는 직류전압(V₁)과 제1기준전압(V_R1)을 비교해서 그 차에 따른 신호를 출력하는 제1오차증폭회로(A₁)와, 상기 교류부하(R_L)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출용 저항(R_S), 이 저항(R_S)으로부터 출력되는 교류전압(V₂)과 제2기준전압(V_R2)을 비교해서 그 차에 따른 신호를 출력하는 제2오차증폭회로(A₂), 상기 제1오차증폭회로(A₁)의 출력과, 상기 제2오차증폭회로(A₂)에 접속되면서 제2오차증폭회로(A₂)가 출력하는 신호에 의해 상승경사가 변화되는 3각파를 발생시키는 발진회로(OSC′)의 출력을 인가받아 펄스폭 및 펄스주파수를 변화시키는 펄스폭변조회로(PWM)및, 이 펄스폭변조회로 (PWM)의 출력신호에 따라 상기 트랜지스터(Q₁)의 스위칭을 제어하는 구동회로(DR)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

[실시예]

이하, 예시도면을 참조해서 본 고안에 따른 제1실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안의 1실시예에 따른 구성을 나타낸 회로도로서, 제4도와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙인다. 즉, 도면중 참조번호 V₀는 입력되는 직류, Q₁은 스위칭소자인 트랜지스터, T₃은 인버터트랜스, N_P는 상기 인버터트랜스(T₃)의 1차코일 N_S1은 상기 1차코일(N_P)과 자기적으로 결합되는 직류출력용 2차코일, N_S2는 상기 1차코일(N_P)과 자기적으로 결합되는 교류출력용 2차코일을 나타낸다.

본 고안에서는 스위칭소자로서 바이폴라형 트랜지스터를 이용하고 있지만, MOSFFET나 GTO다이리스터, 다이리스터등도 스위칭소자로서 이용될 수 있다.

또한, D₁, 및 D₂는 상기 2차코일(N_S1)의 정류용 다이오드, L₁은 쵸크코일, C₁은 평활용 콘덴서, L₂는 상기 2차코일(N_S2)의 쵸크코일, C₃은 필터용 콘덴서, R_S는 부하전류검출용 저항, R_L은 교류부하, A₁은 상기 2차코일(N_S1)쪽에서 출력되는 직류와 기준입력전압(V_R1)을 비교해서 그 차이에 따른 신호를 출력하는 오차증폭회로, A₂는 2차코일(N_S2)측에 설치된 상기 부하전류검출용 저항(R_S)으로부터 교류를 입력받아 기준입력전압(V_S2)과 비교한 후, 그 차이에 따른 신호를 출력하는 오차증폭회로, OSC′는 상기 오차증폭회로(A₂)가 출력하는 신호에 의해 상승경사가 변화하는 3각파를 발생시키기 위한 발진회로, PWM은 상기 오차증폭회로(A₁)의 출력신호와 발진회로(OSC′)의 출력3각파를 비교해서 양 신호의 교차 점위치의 이동에 따라 신호폭과 주파수가 변화하는 펄스를 출력하는 펄스폭변조회로, DR은 상기 펄스를 증폭해서 스위칭소자인 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 인가하는 구동회로를 각각 나타낸다.

상기와 같이 구성되 본 실시예의 안정화전원장치에서는 트랜지스터 (Q₁)의 듀티팩터(duty factor)는 직류출력전압(V₁)이 일정하게 되도록 제어하는 한편, 트랜지스터 (Q₁)의 스위칭주파수는 교류부하전류가 일정하게 되도록 제어하게 되는데, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

제2도는 2차코일(N_S2)측으로부터 교류부하(R_L)를 본 경우에 관한 입력임피던스(Z)와 가벼운 부하인 경우에는 트랜지스터(Q₁)의 스위칭주파수(f)가 낮아지고, 입력임피던스(Z)가 크게 되어 부하전류치가 작아지게 된다(도면의 P₁). 반대로, 교류부하 (R_L)가 무거운 부하일 경우에는 트랜지스터(Q₁)의 스위칭주파수(f)가 높아지고, 입력임피던스(Z)가 작아지게 되어 부하전류치가 커지게 된다(도면의 P₂).

여기서 입력임피던스(Z)는, Z=jwL₂+1/ (jwC₃)+R_L로 표시된다.

또한, 공진주파수 f_R은 f_R=1/2π·1/로 구해진다.

여기서 제1도에 나타낸 회로에서 부하전류가 증가하게 되면, 오차증폭회로(A₂)의 입력전압이 증가하게 되고, 그 결과 오차증폭회로(A₂)의 출력전압도 증가하게 된다. 이에 따라 발진회로(OSC′)의 발진주파수가 내려가게 되어 입력임피던스(Z)가 증가하게 되고, 그 결과 부하전류가 감소하게 된다.

이러한 제어에 의해 교류부하의 전류는 항상 일정하게 유지된다.

제3도는 상기한 발진회로(OSC′)의 구성을 나타낸 회로도로서, 도면중 참조부호 R₁₁∼R₁₇은 저항, C₁₁과 C₁₂는 콘덴서, Q₁₁∼Q₁₃은 트랜지스터, IC₁은 타이머용 집적회로소자, IC₂는 낸드게이트용 집적회로소자를 각각 나타낸다.

이러한 회로에 있어서 타이머용 집적회로소자(IC₁)는 저항(R₁₅)의 저항값과 콘덴서(C₁₁)의 용량에 의해 설정되는 시정수에 따라 콘덴서(C₁₁)를 충전시킴과 동시에 콘덴서(C₁₁)의 용량과 저항(R₁₇)의 저항값으로 설정되는 시정수에 따라 콘덴서(C₁₁)를 방전시킴으로써 출력단자(OUT)에 주기(T)의 클록신호를 발생시킨다.

상기 클록신호는 낸드게이트용 집적회로소자(IC₂)를 통해 트랜지스터(Q₃)의 베이스로 출력되는데, 이 트랜지스터(Q₁₃)의 온/오프에 의해 콘덴서(C₁₂)의 양단간에는 3각파전압이 발생되고, 이와 같이 발생된 3각파전압은 트랜지스터(Q₁₃)의 콜렉터로부터 펄스폭변조회로(PWM)로 출력된다.

여기서 교류출력(V₂)이 일정하고 오차증폭회로(A₂)에서의 신호가 기준전압치와 같을 때에는 트랜지스터(Q₁₁)가 오프상태로 되고, 타이머용인 집적회로소자(IC₁)는 일정한 주파수의 클록신호를 발생시킨다. 그런데 교류출력(V₂)이 저하되어 오차증폭회로(A₂)의 신호전압치가 저하되면, 트랜지스터(Q₁₁)의 내부저항이 감소되어 콘덴서 (C₁₁)의 충전속도가 빨라지게 되고, 그 결과 클록신호의 주기(T)가 짧아지게 된다. 이에 따라 트랜지스터(Q₁₂)에서도 그 내부저항이 낮아지게 되므로 콘덴서(C₁₂)의 충전속도가 빨라지게 되고, 3각파전압의 상승경사가 급해지게 된다.

한편, 교류출력(V₂)이 증가할 경우에는 반대로 3각파전압의 상승경사도가 완만해지게 된다.

이와 같이, 교류출력(V₂)의 변동에 따라 오차증폭회로(A₂)의 출력신호전압이 변동되고, 이에 따라 발진회로(OSC′)의 주파수가 변화하게 된다.

그리고, 펄스폭변조회로(PWM)에서는 오차증폭회로(A₁)의 출력신호전압치와 발진회로(OSC′)의 출력 3각파주파수변동에 따라 스위칭용 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 인가되는 펄스폭과 주파수를 변화시킴으로써 트랜지스터(Q₁)의 듀티팩터 및 스위칭주파수가 제어된다. 따라서 직류출력(V₁)의 전압치 및 교류출력(V₂)의 전류치가 항상 일정하게 유지된다. 상기한 실시예에서 1차코일측의 구성이 소위 순방향형 인버터 (forward type inverter)로 되어 있으나, 본 고안은 이에 한정되지 않고 반브릿지형 (half bridge type)이나 전브릿지형(full bridge type)의 인버터에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.

또, 상기한 예에서는 펄스폭 및 주파수제어회로로서 예컨대 가변주파 3각파 발진기와 비교회로로 이루어진 펄스변조회로를 조합한 수단을 이용하고 있지만, 본 고안은 이에 한정되지 않고, 비안정멀티바이브레이터를 이용할 수도 있다.

즉, 상기한 2개의 오차증폭회로의 출력신호를 인가받아서, 멀티바이 브레이터를 구성하는 트랜지스터가 온되는 시간폭을 제어하도록 해도 된다. 이에 따라 스위칭주파수와 트랜지스터가 온되는 시간을 동시에 제어할 수 있게 된다.

[고안의 효과]

상기한 바와 같이 본 고안에 의하면, 스위칭회로가 1개로 되어 있기 때문에 부품수가 감소됨과 더불어 제조원가가 낮아지게 되고, 또 장치자체의 크기도 작아지게 되며, 신뢰성도 향상되게 된다.

Claims

1차측에 직류전압(V₀)이 인가되는 1차코일(N_P)을 갖추면서 2차측에 제1 및 제2의 2차코일(N_S1, N_S2)을 갖춘 트랜스(T₃)와, 상기 1차 코일(N_P)의 일단에 콜렉터가 접속되면서 스위칭소자로 작용하는 트랜지스터(Q₁), 상기 제1의 2차코일(N_S1)에 접속되면서 다이오드(D₁, D₂)와 쵸크코일(L₁) 및 평활용 콘덴서(C₁)로 구성되어 직류전압 (V₁)을 출력하는 정류평활회로 및, 상기 제2의 2차코일(N_S2)과 교류부하(R_L)간에 설치되면서 쵸크코일(L₂)과 필터용 콘덴서(C₃)로 구성되어 일정한 교류전류를 상기 교류부하(R_L)에 출력하는 공진회로를 구비해서 상기 1차코일(N_P)에 흐르는 전류를 상기 트랜지스터(Q₁)를 온/오프시킴으로써 상기 2차코일(N_S1, N_S2)에서 원하는 출력전압을 얻을 수 있도록 정전압직류전원회로와 저전류교류전원회로를 갖춘 안정화전원장치에 있어서, 상기 정류평활뢰로로부터 출력되는 직류전압(V₁)과 제1기준전압(V_R1)을 비교해서 그 차에 따른 신호를 출력하는 제1오차증폭회로(A₁)와, 상기 교류부하(R_L)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출용 저항(R_S), 이 저항(R_S)으로부터 출력되는 교류전압 (V₂)과 제2기준전압(V_R2)을 비교해서 그 차에 따른 신호를 출력하는 제2오차증폭회로 (A₂), 상기 제1오차증폭회로(A₁)의 출력과, 상기 제2오차증폭회로(A₂)에 접속되면서 제2오차증폭회로(A₂)가 출력하는 신호에 의해 상승경사가 변화되는 3각파를 발생시키는 발진회로(OSC′)의 출력을 인가받아 펄스폭 및 펄스주파수를 변화시키는 펄스폭변조회로 (PWM)및, 이 펄스폭변조회로(PWM)의 출력신호에따라 상기 트랜지스터 (Q₁)의 스위칭을 제어하는 구동회로(DR)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 안정화전원장치.