KR950012749B1 - 저전원 고효율 스위칭전원공급기 - Google Patents

저전원 고효율 스위칭전원공급기

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KR950012749B1 KR1019860004116A KR860004116A KR950012749B1 KR 950012749 B1 KR950012749 B1 KR 950012749B1 KR 1019860004116 A KR1019860004116 A KR 1019860004116A KR 860004116 A KR860004116 A KR 860004116A KR 950012749 B1 KR950012749 B1 KR 950012749B1
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Abstract

내용 없음.

Description

저전원 고효율 스위칭전원공급기
제 1 도는 본 발명의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 입력회로보 12 : 절연회로부
14 : 출력회로부 16,18 : 입력단
20,86,88 : 저항 22 : 피드백선
24 : 에미터 26 : 트랜지스터
28 : 콜렉터 30 : 베이스
32 : 정전류원 34,38,78,80,82,84 : 선
36 : 제너다이오드 40 : 중간탭
41 : 1차권선 42 : 저손실스위칭트랜스포머
44,46 : 소오스 48,50 : MOSFET
52,54 : 드레인 56,58 : 게이트
60 : 발진기 62,64 : 2차권선
66 : 코어 68,70 : 중간탭
72,73 : 기준전압점 74,76 : 브릿지정류회로
90,92,94,96 : 콘덴서 98,100,102,104 : 출력단
106,108 : 캐패시터여파회로
[산업상의 이용분야]
본 발명은 전원공급기에 관한 것으로, 특히 4∼20mA 전류루프에 전원을 공급하기 위한 저전원 고효율 스위칭전원공급기에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
일반적으로 50mW 이하의 분할전압원을 제공하는 저전원공급기는 변압기에 중간탭을 설치한 전원공급기나 저효율 스위칭전원공급기에 의해 구현되고 있다.
그러나 4∼20mA 전류루프에 의해 동작되는 전원공급기에서는 회로기능을 최대로 하기 위해 고효율의 전원공급장치가 필요하게 된다.
한편, 통상적인 2선식 아날로그전송시스템은 전류루프를 형성하기 위해 2개의 선에 의해 전원공급기에 연결되어 있는 전송기를 포함하고 있는데, 이와 같은 전송기에는 통상적으로 압력이나 온도와 같은 공정변수(process variable ; PV)를 감지하는 감지기가 설치되어 있다.
그리고, 전원공급기는 저항과 함께 2개의 선으로 연결되어 전류루프가 페루프로 형성되고, 전송기는 변환기로부터의 신호를 증폭함으로써 PV에 비례하거나 다른 방법으로 PV와 관련된 전류를 상기 전원공급기로부터 인출해내게 되는데, 여기서 종래에는 최소 4mA에서 최대 20mA까지의 전류가 인출된 다음, 저항을 통과하면서 전압강하를 일으킴으로써 상기한 PV값을 측정하도록 되어 있었다. 이때 4mA의 최소전류는 전송회로에 전원을 공급하도록 지시하는데 사용되고, 4mA이상의 초과전류는 PV를 결정하는데 사용될 수 있는 값의 역할을 하게 된다. 이 경우 상기 4∼40mA의 2선식 전송장치는 정확도의 최대오차가 0.1% 정도로 제한되고, 또한 전송기자체는 제어되지 않은 상태에서 연속적으로 데이터전송을 하도록 단일방향성으로 구성되어 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 마이크로컴퓨터를 이용해서 4∼20mA 전류루프에 대한 상기 전송기에 전원을 공급하면서 전원공급효율을 증대시킬 수 있도록 된 저전원 고효율 스위칭전원공급기를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2개 이상의 부분으로 분리시키는 접속점을 갖는 1차권선(41)과 1개 이상의 2차권선(62,64)을 구비하고 있는 저손실스위칭트랜스포머(42)와, 상기 1차권선(41)에 1차전압을 인가하기 위한 "+"와 "_"입력단(16,18), 상기 입력단(16,18) 양단에 연결된 정전류원(32), 상기 입력단(16,18) 양단의 상기 정전류원(32)에 직렬로 연결되어 정전압원을 공급하는 제너다이오드(36), 상기 제너다이오드(36)의 일단에 연결된 1차권선(41)의 2개 이상의 접속점중 하나의 접속점(40), 상기 1차권선(41)의 다른 접속점과 상기 입력단(16,18)중 한 입력단사이에 연결된 소오스와 드레인을 구비한 FET(48,50), 상기 1차권선(41)에 공급된 1차전압을 교류로 변환시키기 위해 상기 FET(48,50)의 제어게이트(56,58)에 출력단이 연결된 저전원발진기(60) 및, 상기 2차권선(62,64)으로부터의 AC전압을 DC전압으로 정류하기 위해 2차권선(62,64) 양단에 연결된 전파정류기(74,76)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명은, 1차권선 및 2차권선을 갖춘 저손실 스위칭트랜스포머를 사용함으로써 4∼20mA의 전류루프에 적합한 전원공급기를 실현할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 도는 효율이 87∼92%인 저전원 고효율 스위칭전원공급기를 위한 회로를 구성하는 예로서, 4∼20mA 전류루프장치에 사용되는 스마트전송기(온라인시 마이크로프로세서에 의해 감시되는 전송기)에 설치되는 마이크로프로세서에 대해 동작속도(응답시간)를 증가시킬 뿐만 아니라 기능을 추가할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 DC12∼40V의 1차전압을 수신하기 위한 입력회로부(10)가 구비되게 되는 바, 여기에는 통상 4∼20mA 프로세서제어장치의 전류루프가 연결되게 된다.
그리고 상기 입력회로부(10)의 기능으로서는 정전류와 전압을 절연회로부(12)에 인가시키는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 절연회로부(12)는 입력회로부(10)로부터 정전압과 정전류신호를 수신하여 출력회로부(14)에 상기 신호를 전자기적으로 결합시키게 되므로 상기 절연회로부(12)는 입력회로부(10)와 출력회로부(14)사이에 전기적 절연을 제공하게 된다.
그리고, 출력회로부(14)는 입력회로부(10)로부터 절연될 뿐만 아니라 여파된 출력신호를 제공하도록 +5VDC전압출력을 여파시키기 위해 2개의 통상적인 RC여파회로에 연결된 2개의 ±5VDC전원공급기로 구성되게 된다.
또, 상기 입력회로부(10)에서는 입력단(16)과 입력단(18)에 비례적인 4∼20mA 프로세스제어루프로부터 DC12∼42V신호를 수신하게 되고, 저항(20)이 입력단(16)과 피드백선(22)에 병렬로 연결된다. 또, 트랜지스터(26)의 에미터(24)가 피드백선(22)에 병렬로 연결되면서 저항(20)에 직렬로 연결되고, 트랜지스터(26)의 콜렉터(28)는 입력단(18)에 병렬로 연결됨과 더불어 동일한 트랜지스터(26)의 베이스(30)에 연결되며, 베이스(30)는 마이크로프로세서(도시되지 않았음)와 같은 구동회로에 연결된다. 또, 정전류원(32)은 저항(20)과 에미터(24)에 병렬로 연결됨과 더불어 선(34)을 따라 제너다이오드(36)에 직렬로 연결되게 되며, 제너다이오드(36)는 입력단(18)에 병렬로 연결되게 된다.
그리고 상기 절연회로부(12)는 선(34)으로부터 저손실스위칭트랜스포머(42)의 1차권선의 중간탭(40)까지 평행하게 연결된 선(38)에 의해 입력회로부(10)에 연결되고, 1차권선(41)의 양끝에는 한쌍의 MOSFET(48,50)의 소오스(44,46)가 각각 연결되며, 각각의 MOSFET(48,50)의 게이트(56,58)에는 저전원발진기(60)가 연결되게 된다.
한편, 한쌍의 2차권선(62,64)은 저손실스위칭트랜스포머(42)의 코어(66)를 통해 설치되게 되고, 한쌍의 중간탭(68,70)은 사용자에 의해 선택된 기준전압점(72,73)에 연결되며, 2차권선(62,64)의 양측은 한쌍의 통상적인 쇼트키다이오드 브릿지정류회로(74,76)에 각각 연결된다. 또, 통상적인 한쌍의 캐패시터여파회로(106,108)는 선(78,80) 및 선(82,84)에 의해 각각 브릿지정류회로(74) 및 브릿지정류회로(76)에 연결되고, 한쌍의 저항(86)과 저항(88)은 각각의 콘덴서(90,92) 및 콘덴서(94,96)와 함께 통상의 캐패시터여파회로를 형성하게 되며, 출력회로부(14)는 각각의 캐패시터여파회로(106)와 캐패시 터여파회로(108)에 병렬로 연결된 2쌍의 출력단(98,100)과 출력단(102,104)을 제공하게 된다.
한편, 스위칭전원공급기가 동작하고 있는 경우, 입력회로부(10)의 입력단(16)과 입력단(18)은 공정변수(process variable)에 비례하는 4∼20mA 신호를 제공하기 위해 공정제어루프에 연결되고, 입력인 4∼20mA의 전류는 저항(20) 양단에 전압강하를 발생시키게 되며, 상기 전류는 공정변수에 비례하기 때문에 저항(20) 양단의 전압강하 또한 공정변수에 비례하게 될 뿐만 아니라 공정변수의 돌출을 위해 사용될 수 있게 된다. 그리고, 마이크로프로세서와 같은 통상적인 구동회로(도시되지 않았음)는 트랜지스터(26)의 베이스(30)를 구동시키기 위한 신호를 출력하게 될 뿐만 아니라 트랜지스터(26)의 에미터(24)에서 콜렉터(28)를 통해 흐르는 전류를 제어하게 된다.
이때, 상기 구동신호는 공정변수에 비례하게 되고, 구동회로신호에 의해 구동되는 트랜지스터(26)의 베이스(30)는 피드백선(22)를 통해 역으로 흐르는 공정변수에도 비례하게 된다.
한편, 공지의 방법으로 부하에 관계없이 일정크기의 전류를 공급하는 트랜지스터와 저항으로 이루어진 공지의 정전류원(32)은 선(34,38)을 따라 절연회로부(12)에 변동이 없는 전류를 공급하게 되고, 제너다이오드(36)는 절연회로부(12) 양단에 걸리는 전압을 조절할 뿐만 아니라 절연회로부(12)로부터의 교류전원이 선(34,38)에서 입력단(18), 즉 4∼20mA 전류루프로 역류하는 것을 방지하게 된다.
또, 상기 절연회로부(12)는 저손실스위칭트랜스포머(42)의 중간탭(10)에서 선(34,38)을 통해 입력회로부(10)의 정전류원(32)으로부터의 정전류를 인가받게 되고, 상기 저손실스위칭트랜스포머(42)는 진보된 권선배선방식으로 1차측에서 2차측에서 누설손실을 줄이기 위해 환상코일로 이루어진 코어(66)로 제작될 뿐만 아니라 코어손실을 줄이기 위해 저자속밀도(100∼500가우스)에서도 작동될 수 있도록 제작되었다.
한편, 저전원발진기(60)는 MOSFET(48,50) 각각의 게이트(56,58)에 교번적으로 신호를 공급하게 되고 상기 신호는 중간탭(40)으로부터 1차코일(41)과 소오스(44,46)을 통해 MOSFET(48,50)의 드레인(52,54)으로 전류가 교번적으로 인가되도록 게이트(56,58)를 턴온시키게 된다.
종래 전원공급기에 설치된 저전원발진기(60)는 MOSFET(48,50) 대신 한쌍의 트랜지스터를 설치하여 교번적으로 구동시켰는데, 이러한 트랜지스터 대신 저전압에서도 게이트를 구동시킬 수 있으면서 신속한 스위칭 특성을 갖는 MOSFET를 사용함으로써 스위칭손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 MOSFET와 트랜스포머등에서 스위칭손실을 최대한으로 줄이기 위해 100KHz이하의 주파수대를 가져야 된다.
한편, 1차코일을 통해 흐르는 교번전류는 저손실스위칭트랜스포머(42)의 2차권선(62,64)에서 점차적으로 낮아지는데, 2차권선(62,64)의 각각에는 중간탭(68,70)이 형성되고, 상기 중간탭(68,70)은 출력회로부(14)에서 2개의 +5V를 각각 출력시키기 위한 공통점으로 작용한다.
한편, 2차권선(62)과 2차권선(64)의 단자 양끝은 공지의 브릿지정류회로(74,76) 입력단에 연결되고, 쇼트키다이오드가 브릿지정류회로(74,76)에 설치되어 스위칭손실을 최소화시키는데, 상기 브릿지정류회로(74,76)는 공지의 방법으로 2차권선(62,64)으로부터 ACV를 DCV로 변환시키며, 이들 브릿지회로(74,76)의 출력단은 정류되지 않은 DC전압을 출력회로부(14)에 공급하게 된다.
한편, 출력회로부(14)에는 절연회로부(12)에서 완전히 정류되지 않은 DC전압을 정류하여 DC+5V를 공급하는 공지의 캐패시터여파회로(106,108)가 구성되어 있는데, 출력단(98,102)에는 각각 기준점보다 낮은 DC-5V가 공급되고, 출력단(100,104)에는 각각 기준점보다 높은 직류+5V가 공급된다.
[발명의 효과]
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 출력단(98,100)과 출력단(102,104)을 통해 신호를 공급하는 전원공급기의 효율이 87∼92%인 저전원 고효율장치로서 4∼20mA 전류루프를 사용하는 전송기를 위해 응답시간을 증가시키게 된다.

Claims (7)

  1. 2개 이상의 부분으로 분리시키는 접속점을 갖는 1차권선(41)과 1개 이상의 2차권선(62,64)을 구비하고 있는 저손실스위칭트랜스포머(42)와, 상기 1차권선(41)에 1차전압을 인가하기 위한 "+"와 "-"입력단(16,18), 상기 입력단(16,18) 양단에 연결된 정전류원(32), 상기 입력단(16,18) 양단의 상기 정전류원(32)에 직렬로 연결되어 정전압원을 공급하는 제너다이오드(36), 상기 제너다이오드(36)의 일단에 연결된 1차권선(41)의 2개 이상의 접속점중 하나의 접속점(40), 상기 1차권선(41)의 다른 접속점과 상기 입력단(16,18)중 한 입력단 사이에 연결된 소오스와 드레인을 구비한 FET(48,50), 상기 1차권선(41)에 공급된 1차전압을 교류로 변환시키기 위해 상기 FET(48,50)의 제어게이트(56,58)에 출력단이 연결된 저전원발진기(60) 및, 상기 2차권선(62,64)으로부터의 AC전압을 DC전압으로 정류하기 위해 2차권선(62,64) 양단에 연결된 전파정류기(74,76)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차권선(41)의 한 접속점(40 ; 중간탭)이, 정전류원(32)이 연결된 제너다이오드(36)의 일단에 연결된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정류기(74,76)는 1쌍의 지로가 2차권선(62,64)의 양단에 연결되고, 다른 1쌍의 지로가 2차권선(62,64)으로부터 전압여파를 촉진시키는 캐패시터필터회로(106,108) 양단에 연결된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 1차권선(41)은 별도의 접속점이 다른 접속점과 대향되는 한 접속점(40)의 일단에 설치되고, 상기 FET(50,52)가 상기 별도의 접속점과 입력선(16,18)중 1개 사이에 연결된 소오스와 드레인을 갖추며, 상기 발진기(60)가 상기 FET(50,52)의 게이트에 연결되고, 상기 트랜스포머(42)가 한 접속점과 별도의 접속점간의 1차권선(41)의 부분과 관련된 2차권선(64)과 한 접속점과 다른 접속점간의 1차권선(41)과 관련된 2차권선(62)을 포함하며, 상기 전파정류기(76)가 상기 2차권선(64) 양단에 연결된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전파정류기(76)는 1쌍의 지로가 2차권선(64)의 양단에 연결되고, 다른 1쌍의 지로가 2차권선(64)으로부터 전압여파를 촉진시키는 캐패시터필터회로(108) 양단에 연결된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 2차권선(62)은 접지에 연결된 중간탭을 포함하고, 제 1 캐패시터필터회로(106)는 각각의 일단이 정류기(74)의 2번째 지로중 하나에 연결되면서 타단이 접지에 각각 연결된 한쌍의 캐패시터(90,92)로 구성된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 2차권선(64)은 중간탭이 입력단의 다른 단에 연결되고, 제 2 캐패시터 필터회로(108)는 각각의 일단이 정류기(76)의 2번째 지로중 하나에 연결되면서 타단이 접지에 각각 연결된 한쌍의 캐패시터(94,96)로 구성된 것을 특징으로 하는 저전원 고효율 스위칭전원공급기.
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