KR930001046B1 - 자기 발진 회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기 발진 회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템

제1도(a), (b), (c)는 종래의 파워 서플라이 시스템의 블록도.

제2도는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템의 블록도.

제3도는 (a)는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 입력된 전압 파형도, (b)는 본 발명에 적용되는 정류부의 출력 파형도, (c)는 본 발명에 적용되는 자기발진부의 출력 파형도, (d)는 본 발명에 적용되는 스위칭부의 동작파형도, (e)는 본 발명에 적용되는 전원안정화부의 출력 파형도.

제4도는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템의 상세회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 보호부 20, 70 : 정류부

30 : 자기발진부 40 : 스위칭부

50 : 스노버회로부 60 : 펄스변환기

80 : 전원안정화부 100 : 퓨즈

본 발명은 선형 또는 부가발진회로에 의한 부품수 및 스페이스를 줄이고 그라운드(Ground)가 다른 복수의 전원을 동시에 사용할 수 있을뿐만 아니라 좀더 효율적으로 설계변경이 가능토록 하는 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 관한 것이다.

종래에는, 제1도(a)에 도시한 바와같이, 선형변환기(linear transformer ; 1)에 의해 그라운드를 분리하여 반파 및 전파정류기(2)에서 각각을 정류한 다음에 전압조정기(3)에 의해 전압을 안정시키는 방법이 있었으나, 이 방법은 변환기(transformer)로 인하여 장치의 무게 및 부피가 커질 뿐만 아니라 입력전압의 변도에 따라 출력전압이 영향을 받는다는 단점이 있었고, 제1도(b)에 도시한 바와같이 구성된 장치는, 선형변환기(1′)에서 한개 내지 세개 정도의 전원을 출력한 후 별개의 발진회로의 펄스변환기(4)에 의해 각각의 전원을 그라운드 분리하는 방법과, 제1도(c)에 도시한 바와같이 제1도(a) 및 제1도(b)에서 사용된 선형변환기를 사용치 않고, 펄스변환기(4′)에 의해 한개 내지 세개정도의 전원을 출력한 후 반파 및 전파정류기(2″)를 거쳐 재차 펄스변환기(4″)에 의해 그라운드가 다른 전원을 출력하는 방법이 있었다.

그러나, 상기 제1도(b) 및 제1도(c)에 도시한 바와같은 장치에 의한 방법은 제1도(a)에 사용된 방법과 마찬가지로 변환기로 인해 장치의 무게 및 부피가 커지고 제조원가가 고가임은 물론 애프터 서비스가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 여러가지 문제점을 감안하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 자기 발진회로를 사용하여 시스템의 부품수 및 스페이스를 줄이고, 펄스변환기에 의해 그라운드가 다른 복수의 전원을 만들수 있으며 설계 변경이 용이한 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전압의 리플 및 속도응답성을 크게 하여 넓은 범위의 입력전압에 의해서도 출력 전압디 변화하지 않으며, 고장시 보수가 용이하여 신뢰성을 향상시키는 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템은, 외부잡음을 억제함과 동시에 시스템에 흐르는 전류를 억제하여 입력전원을 보호하는 보호부와, 상기 보호부에 인가되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 제1정류부를 갖춘 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 있어서, 상기 제1정류부에서 출력되는 정류전압을 받아서 저항(R4), 코일(L2) 및 콘덴서(C3)로 구성된 공진회로의 공진주파수를 변화시켜서 자기 발진을 하는 자기발진부와, 상기 자기발진부의 출력신호를 저항(R4)을 통해서 바이어스신호로 받아 온/오프동작을 행하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 온시에 저항(R3)의 과열에 의해 발생되는 피크서지전압에 의해 상기 스위칭회로의 파손을 방지하도록 피크서지전압을 억제하는 스노버회로부와, 상기 스노버회로의 출력신호에 따라 코일(L1)에 인가되는 전압에 의해 코일(L3, L4)에 유기되는 전압을 크기가 다른 펄스로 변환하는 펄스변환기와, 상기 펄스변환기의 출력신호를 반파정류하는 제2정류부와, 상기 제2정류부의 출력전압을 일정한 레벨로 안정화시키는 전원안정화부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템의 블록도이고, 제3도(a)는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 입력되는 전압 파형도이고, 제3도(b)는 본 발명에 적용되는 제1정류부의 출력 파형도이고, 제3도(c)는 본 발명에 적용되는 자기발진부의 출력파형도이고, 제3도(d)는 본 발명에 적용되는 스위칭부의 동작파형도이며, 제3도(e)는 본 발명에 적용되는 전원 안정화부의 출력파형도이며, 제4도는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템의 상세회로도이다.

제2도 내지 제4도에 있어서, (10)은 외부잡음을 억제함과 동시에 시스템에 흐르는 전류를 억제하기 위하여 휴즈(100)와, 콘덴서(C0)와 저항(R1)으로 구성된 보호부이고, (20)은 상기 보호부(10)를 통해 입력되는 교류입력전원을 직류전압으로 정류함과 동시에 상기 정류된 직류전압 내에 포함되어 있는 맥류성분을 제거해서 평활화시키는 브리지정류 다이오드(D1)와 콘덴서(C1)로 구성된 제1정류부이며, (30)은 상기 제1정류부(20)에서 정류된 전압을 받아서 자기발진을 행하는 자기발진부로써, 이 자기발진부(30)는 저항(R2, R3, R4)과 콘덴서(C2,C3)와, 코일(L2)과, 다이오드(D2)와, 제너다이오드(ZD1, ZD2, ZD3)로 구성되어 있다.

(40)은 상기 자기발진부(30)의 출력신호를 저항(R4)을 통해서 바이어스 신호를 받아 온/오프 동작을 행하는 스위칭부로써, 이 스위칭부는 npn트랜지스터로 구성되어 있고, (50)은 상기 스위칭부(40)의 온시에 저항(R3)에 과열에 따른 피크서지전압에 의해 상기 스위칭회로(40)의 파손을 방지하도록 피크서지전압을 억제하는 저항(R5, R6)과 콘덴서(C4)와, 다이오드(D3)로 구성된 스노버 회로부이다.

또한, (60)은 전기계측에서 피측정량에 따른 주파수의 전류 또는 전압의 펄스를 발생시키기 위하여 AC 110V 및 AC 220V 선택용 단자를 각각 가지고 있는 펄스변환기이며, (70)은 제2정류부이고, (80)은 정전압회로부로써, 입력이나 부하의 변동에 관계없이 자동적으로 출력전압을 일정하게 유지하기 위하여 사용되는 전원안정화부이다.

다음에, 본 발명의 일실시예에 의한 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템의 동작효과에 대해서 설명한다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템은 먼저, AC 110V(제3도a) 또는 AC 220V의 전원전압이 입력되면, 퓨즈(100)와, 전류억제용 저항(R1)과 표준 및 공통 잡음제거용 TNR에 의해 외부잡음 및 시스템에 흐르는 전류를 억제하여 상기 전원전압이 입력되는 전원부를 보호한다.

상기 전원부가 보호부(10)에 의해 보호되면서 정류부(20)의 다이오드(D1)에 의해 상기 AC 110V 또는 AC 220V의 전압이 DC로 정류(제3도b)되며, 상기 정류된 DC내에 존재하는 교류성분의 리플이 콘덴서(C1)에 의해 제거된다.

한편, 상기 정류부(20)에서 DC로 정류된 전압은 입력전원이 AC 110V인 경우에는 실효치가 대략 150V가 되고(D.C전압=×AC전압), 입력전원이 AC 220V인 경우에는 실효치가 대략 300V가 되며, 분배저항(R2,R3)에 의해 상기 저항(R2,R3)값에 따른 전압으로 분배되어, 상호 직렬로 연결된 재너다이오드(ZD1,ZD2,ZD3)에 의해 항상 일정한 전압(제너효과에서 갑자기 전류가 증가하는 역전압의 값)만이 출력되어서 자기발진부(30)에 공급된다(제3도c참조).

한편, 상기 자기발진부(30)는 저항(R4), 코일(L2) 및 콘덴서(C3)로 구성되는 RLC공진회로에 의해 공진 주파수가 결정되고, 저항(R4), 코일(L2) 및 콘덴서(C3)의 시정수 값을 변화시키면 공지주파수(f)가 (f=)식에 의해서 변환된다.

또한, 상기 제너다이오드(ZD1) 지점에 걸리는 전압으로 인해 저항(R4), 코일(L2) 및 콘덴서(C3)에 전류가 흐르게 되어, 콘덴서(C2)가 충전되며, 상기 콘덴서(C2)가 충전되기 까지의 다이오드(D2)의 양단전위차에 의해 상기 다이오드(D2)에 전류가 흐르게 되는 반면에, 상기 다이오드(D2)의 양단전압이 동일하게 되면, 양단의 전위차가 발생되지 않으므로 전류는 흐르지 않게 된다.

따라서, 상기와 같은 전류가 흐르거나, 또는 흐르지 않는 현상에 의해 트랜지스터(TR1)의 온 또는 오프 동작이 행해지되, 상기 트랜지스터(TR1)는 전류원이므로 저항(R4)에 흐르는 전류에 의해 스위칭 동작이 행해지는 것이다.(제3도d)

한편, 코일(L2)의 2차측에 에너지가 전달되면 전압이 하강하게 되며 이때에는 상기와 같은 트랜지스터(TR1)의 온 또는 오프 동작을 행하게 된다.

상기 트랜지스터(TR1)가 온 또는 오프동작을 행함에 따라 주에너지 전달소스인 코일(L1)에 전압을 인가하거나 비인가 하는 동작을 반복하게 되고, 트랜지스터(TR1)가 온되어 동작함에 따라 코일(L1)에 전압이 인가되면 하나의 연철에 1차코일과 2차코일이 감겨있으므로, 1차코일에 전압이 인가되면 상호유도작용에 의해 2차코일에 전압이 유기되는 변압기 원리에 의해 2차측에 에너지가 전달된다.

상기 2차측은 저항성분이 제로이면 전류가 흐르지 않아서 이론상 스위칭이 발생하지 않아야 하지만 2차측은 항상 다소간의 에너지손실이 있기 때문에 저주파수로 발진한다.

따라서, 2차측은 부하의 크기에 따라 1차측에서 발진하는 주파수가 변환되며, 이때 스위칭부로 작용하는 트랜지스터(TR1)에서는 역전압이 발생하여 실제로는 DC전압과 전압분배전압이 합해진 전압이 걸리게 된다.

한편, 상기 트랜지스터(TR1)가 스위칭 될때 순간적으로 피크서지(peak serge) 전압이 발생되므로 콘덴서(C4), 저항(R5, R6) 및 다이오드(D3)로 구성된 스노버(snobber) 회로에서 상기 피크서지전압이 발생하는 것을 방지하며, 트랜지스터(TR1)가 온되면 다이오드(D3)에 의해 전류가 흐르지 못하는 반면에, 상기 트랜지스터(TR1)가 오프되면 다이오드(D3)의 정(+)이 전위쪽이 높아지므로 다이오드(D3) 양단의 전위차에 의해 저항(R3)에 전류가 흘러 열로 소비되므로, 트랜지스터(TR1)를 피크서지전압으로부터 보호하는 것이다.

또한, 상기 주에너지전달소스인 코일(L1)의 2차측으로의 에너지전달은 1차측과 2차측의 권수비에 의해 2차측전압이 다음식에 의해 유기된다.

상기 유기된 2차측 전압은 고속회복다이오드(fast recovery diode :)(D4~D14)를 이용하여 반파정류하고, 펄스변환기(60)에 그라운드가 분리되어 있으므로 모터를 제어하기 위해 사용되는 전압원은 반파정류하여 그대로 사용한다.

단, 시스템에 사용되는 전압은 일정해야 하므로 전원안정화부(80)이 콘덴서(C8~C9)에 의해 전원을 안정시킨다.(제3도e)

이와 같이 본 발명의 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 의하면, 인버터에 의한 모터 콘트롤시 시스템 전원 및 인버터 스위칭소자 구동용 전압에 적합하고 자기발진회로를 이용함으로써 제조원가를 다운시키고 고정시 보수가 용이하며, 설계변경시 용이하여 경계성 및 신뢰성을 향상시킨다는 뛰어난 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 외부잡음을 억제함과 동시에 시스템에 흐르는 전류를 억제하여 입력전원을 보호하는 보호부(10)와, 상기 보호부(10)에 인가되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 제1정류부(20)를 갖춘 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템에 있어서, 상기 제1정류부(20)에서 출력되는 정류전압을 받아서 저항(R4) 코일(L2) 및 콘덴서(C3)로 구성된 공진회로의 공진주파수를 변환시켜서 자기 발진을 하는 자기발진부(30)와, 상기 자기발진부(30)의 출력신호를 저항(R4)을 통해서 바이어스 신호로 받아 온/오프동작을 행하는 스위칭부(40)와, 상기 스위칭부(40)의 온시에 저항(R3)의 과열에 따라 발생되는 피크서지전압에 의해 상기 스위칭회로(40)의 파손을 방지하도록 피크서지전압을 억제하는 스노버회로부(50)와, 상기 스노버회로부(50)의 출력신호에 따라 코일(L1)에 인가되는 전압에 의해 코일(L3, L4)에 유기되는 전압을 크기가 다른 펄스로 변환하는 펄스변환기(60)와, 상기 펄스변환기(60)의 출력신호를 반파정류하는 제2정류부(70)와, 상기 제2정류부(70)의 출력전압을 일정한 레벨로 안정화시키는 전원안정화부(80)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기발진회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭(40)는 npn트랜지스터인 것을 특징으로 하는 자기발전회로를 이용한 스위칭 파워 서플라이 시스템.