KR970005105Y1

KR970005105Y1 - 직류/직류 변환장치

Info

Publication number: KR970005105Y1
Application number: KR2019940020895U
Authority: KR
Inventors: 배성수
Original assignee: 석진철; 대우중공업주식회사
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1997-05-24
Also published as: KR960009397U

Abstract

내용없음.

Description

직류/직류 변환장치

제1도는 본 고안에 따른 직류/직류 변환 장치를 도시한 회로도.

제2도는 종래 직류/직류 변환 장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전압/주파수 변환부 2 : 절연 연결부

3 : 주파수/전압 변환부 VFC : 전압/주파수 변환 소자

FVC : 주파수/전압 변환 소자 PT1 : 포토 커플러

BF1 : 버퍼

본 고안은 직류 전압을 다른 레벨의 직류 전압으로 변환하는 직류/직류 변환 장치에 관한 것으로, 특히 입력 전압을 주파수로 변환한 후 절연시켜 출력단으로 전달하고 출력단에서 주파수를 다시 출력 전압으로 변환하는 입/출력 절연 기능을 가지는 직류/직류 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직류/직류 변환 장치는 직류 전압을 입력하여 다른 레벨의 직류 전압으로 변환하는 전원 공급장치의 일종으로서 전자 제품에 널리 사용되고 있는 바, 종래의 직류/직류 변환 장치는 제2도에 도시된 바와 같이, 입력된 직류 전압을 스위칭하기 위한 펄스를 발생시키는 펄스 발생부(10)와; 이 펄스 발생부(10)에서 발생된 펄스 출력에 따라 트랜지스트(Q10, Q20)를 온/오프시키는 트랜지스터 구동부(20); 1차측 권선의 중간탭으로 직류 전압을 2차측 권선으로 유도하여 변압시키는 변압기(T10)와; 이 변압기(T10)에서 변압된 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력시키는 정류 회로부(30)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 C10, C20은 평활용 콘덴서이다.

이와같이 구성된 종래의 일반적인 직류/직류 변환 장치는, 펄스 발생부(10)에서 발생된 펄스를 공급받아 트랜지스터(Q10, Q20)를 구동시키는 트랜지스터 구동부(20)로 부터 상기 트랜지스터(Q10)의 베이스에 구동 펄스가 입력되면, 상기 트랜지스터(Q10)가 턴-온 되어 변압기(T10)의 일차측 권선의 중간탭으로 입력된 직류 전압(Vin)에 따른 입력 전류는 상기 트랜지스터(Q10)의 콜렉터를 통해 접지로 흐르게 되고, 상기 트랜지스터(Q20)의 베이스에 구동 펄스가 입력되면 상기 트랜지스터(Q20)가 턴-온 되어 변압기(T10)의 일차측 권선의 중간탭으로 입력된 직류 전압(Vin)에 따른 입력 전류는 상기 트랜지스터(Q20)의 콜렉터를 통해 접지로 흐르게 된다.

이때, 상기 트랜지스터(Q10, Q20)에 인가되는 구동 펄스는 각 트랜지스터(Q10. Q20)를 교번적으로 온/오프시키며 따라서 어느 하나의 트랜지스터가 턴-온되면 다른 트랜지스터는 턴-오프되어야 하고, 이와같이 트랜지스터(Q10, Q20)가 교번적으로 온/오프 됨으로써 상기 변압기(T10)의 1차측을 흐르는 직류 전류의 방향이 교번적으로 바뀌어 교류화 되며, 이에 따라 변압기(T10)를 통해 승압 또는 감압이 가능하게 된다.

또한, 상기 정류 회로부(30)에서는 변압기(T10)를 통해 유도된 교류 전압을 정류하여 직류 전압으로 변환시킨 후, 이 변환된 직류 전압은 콘덴서(C20)에 의해 평활되어 출력된다.

그러나 이와같은 종래의 일반적인 직류/직류 변환 장치는, 높은 전압이나 대용량의 전력 전달시에는 변압기의 사용이 효율적이나, 낮은 전압을 전달할 경우에는 변압기가 불필요하게 공간을 많이 차지하게 되고, 변압기 사용으로 인하여 소자의 수명을 단축시키게 되며, 유지 및 보수가 어려운 문제점이 있었다.

또한 직류를 교류로 변환시키기 위한 트랜지스터를 구동하기 위하여 많은 주변회로가 필요하게 됨으로써 설계면적이 증가되어 대형화/중형화로 인한 전력 소모가 증가되며, 변압기의 특성상 전압 전달 효율이 낮아 성능이 저하되고, 입력단의 노이즈가 그대로 출력단에 발생하므로 노이즈를 제거하기 위한 필터 회로의 추가 구성으로 생산 단가를 상승시키게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위한 것으로, 입력과 출력 사이를 절연시키기 위하여 포토 커플러를 사용함으로써 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 유지 및 보수가 용이하고, 입력 전압에 대해 선형적인 출력 전압을 얻을 수 있도록 한 직류/직류 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 직류/직류 변환 장치는,

입력된 직류 전압을 소정 주파수의 펄스로 변환시키는 전압/주파수 변환부와; 상기 전압/주파수 변환부의 출력 펄스를 광 결합하여 상기 출력 펄스의 주파스를 전달하고, 입/출력단을 절연시키는 절연 연결부; 및

상기 절연 연결부에 의해 전달된 주파수를 소정의 직류 전압으로 변환시키는 주파수/전압 변환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 예시 도면을 참조하여 본 고안을 자세히 설명한다.

본 고안에 따른 직류/직류 변환 장치는 제1도에 개략적으로 도시한 회로도에서 볼 수 있는 바와같이, 입력된 직류 전압을 소정 주파수의 펄스로 변화시키는 전압/주파수 변환부(1)와; 이 전압/주파수 변환부(1)의 출력 펄스를 광 결합하여 상기 출력펄스의 주파수를 전달하고, 입/출력단을 절연시키는 절연 연결부(2); 및 이 절연 연결부(2)에 의해 전달된 주파수를 소정의 직류 전압으로 변환시키는 주파수/전압 변환부(3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안의 작용 및 효과를 설명한다.

본 고안의 전압/주파수 변환부(1)는 전원 전압(Vcc)이 전압/주파수 변환소자(VFC: Voltage-Frequency Converter)로 인가되면, 전압/주파수 변환소자(VFC)는 저항(R1)을 통해 입력된 직류전압(Vin)을 저항(RL,RS) 및 콘덴서(C1)에 따라 설정된 클럭에 동기되어 소정 주파수를 갖는 펄스로 변환시켜 절연 연결부(2)로 출력하는 바, 상기 전압/주파수 변환부(1)에서 출력되는 출력 펄스의 주파수는 입력 전압에 비례하므로 입력 전압이 증가하면 출력 펄스의 주파수도 증가하게 된다.

이때, 입력 전압에 따라 결정되는 출력 주파수는 저항(RT) 및 콘덴서(CT)의 용량을 조정하여 가변시킬 수 있는데, 이러한 입력 전압(Vin)과 출력 주파수(Fout)의 관계는 다음 식(식1)과 같다.

상기 식(식1)에 있어서, 출력 주파수(Fout)는 입력 전압(Vin)에 비례하며 저항(RL)과 저항(RS)의 비(RS/RL) 및 저항(RT)과 콘덴서(CT)의 곱(RT*CT)에 따라 결정되는 것을 알 수 있다.

상기 전압/주파수 변환부(1)의 전압/주파수 변환 소자(VFC)에서 입력 전압(Vin)에 비례하는 주파수로 변환되어 출력된 펄스는, 로우 레벨(L)일 경우 절연 연결부(2)의 다이오드(D1)의 애노우드에 인가되어 다이오드(D1)를 턴-오프시키고, 다이오드(D1)의 턴-오프 동작에 의해 포토 커플러(PT1)의 발광부에 순방향의 바이어스가 인가되어 발광하게 됨으로써, 이에 따라 상기 포토 커플러(PT1)의 수광 트랜지스터가 턴-온 된다.

상기 포토 커플러(PT1)의 턴-온 동작에 의해 트랜지스터(Q1)의 베이스에 저항(R3) 및 저항(R5)으로 분할된 구동 전압(Vdd)이 인가되어 트랜지스터(Q1)를 턴-온 시키고, 상기 트랜지스터(Q1)가 턴-온 됨으로써 저항(R4)을 통해 인가된 구동 전압(Vdd)은 트랜지스터(Q1)의 에미터를 통과하여 그라운드에 접지된다.

상기 절연 연결부(2)의 구동 전압(Vdd)이 저항(R4)에 접속된 트랜지스터(Q1)를 통해 그라운드에 접지됨으로써, 상기 저항(R4)과 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 사이에 접속된 버퍼(BF1)에는 구동 전압(Vdd)이 인가되지 않으므로 버퍼(BF1)를 통한 절연 연결부(2)의 출력은 "로우"가 된다.

한편, 상기 전압/주파수 변환부(1)의 전압/주파수 변환 소자(VFC)에서 입력 전압(Vin)에 비례하는 주파수로 변환되어 출력된 주파수 펄스가 하이 레벨(H)일 경우, 상기 전압/주파수 변환부(1)의 "하이" 출력은 절연 연결부(2)의 다이오드(D1)의 애노우드에 인가되어 다이오드(D1)를 턴-온 시킴으로써, 다이오드(D1)의 턴-온 동작에 의해 포토 커플러(PT1)의 발광부에 역방향의 바이어스가 인가되어 상기 포토 커플러(PT1)는 턴-오프된다.

상기 포토 커플러(PT1)의 턴-오프 동작에 의해 트랜지스터(Q1)의 베이스에 로우레벨(L)이 인가되어 트랜지스터(Q1)는 턴-오프 되고, 상기 트랜지스터(Q1)의 턴-오프 동작에 의해 구동 전압(Vdd)이 저항(R4)을 통해 버퍼(BF1)에 인가 됨으로써, 버퍼(BF1)를 통한 절연 연결부(2)의 출력은 "하이"가 된다.

이와 같이 전압/주파수 변환 소자(VFC)의 출력 펄스가 로우 레벨(L)이면 포토 커플러(PT1)는 턴-온 되며, 이에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴-온 되어 버퍼(BF1)는 "로우"를 출력하게 되고, 반면에 전압/주파수 변환 소자(VFC)의 출력펄스가 하이 레벨(H)이면 포토 커플러(PT1)는 턴-오프되며, 이에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴-오프 되어 버퍼(BF1)는 "하이"를 출력하게 되는 바, 전압/주파수 변환부(1)의 출력 주파수는 절연 연결부(2)를 통해 주파수/전압 변환부(3)로 전달되며, 포토 커플러(PT1)는 광 결합에 의해 입력단과 출력단을 격리 시킴으로써, 절연 효과를 달성할 수 있게 되는 것이다.

본 고안의 전압/주파수 변환부(3)는 절연 연결부(2)의 버퍼(BF1)의 "하이" 또는 "로우" 펄스를 콘덴서(C2)를 통해 주파수/전압 변환 소자(FVC)의 클럭단으로 입력하여 소정의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 바, 구동 전압(Vdd)이 저항(R6-R8,RT) 및 콘덴서(CT)를 통해 주파수/전압 변환부(3)의 주파수/전압 변환소자(FVC)로 입력되어 상기 주파수/전압 변환 소자(FVC)를 구동시키면, 상기 주파수/전압 변환기(FVC)는 콘덴서(C2)를 통해 절연 연결부(2)로 부터 입력된 주파수 펄스를 입력 주파수에 비례하는 전압으로 변환 시킨후, 콘덴서(C3) 및 저항(RL)을 통해 변환된 출력 전압(Vout)을 출력시킨다.

여기서, 입력 주파수(Fin)와 출력 전압(Vout) 사이의 관계를 나타내면 다음 식 (식2)과 같다.

상기 식(식1)에 있어서, 출력 전압(Vout)은 입력 주파수(Fin)에 비례하며 저항(RL)과

저항(RS)의 비(RS/RL) 및 저항(RT)과 콘덴서(CT)의 곱(RT*CT)에 따라 결정되는 것을 알 수 있고, 따라서 저항(RT)과 콘덴서(CT)의 조정에 의해 사용자가 원하는 값으로 설정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 본 고안의 직류/직류 변환 장치는 전원 공급 장치로서 사용할 수 있으며 특히, 포토 커플러를 사용하여 입력단과 출력단을 격리시키고 저전압을 입력하여 고전압을 출력함으로써 저전압을 감지하는 저전압 센서에 응용될 수 있으며, 전압 센서로의 구성은 앞서 설명한 바로 충분히 구현 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 고안에 따른 직류/직류 변환 장치는, 입력과 출력 사이의 절연(또는 격리)을 유지하기 위하여 포토 커플러를 사용함으로써 공간을 효율성을 있게 활용할 수 있으며, 회로 설계를 간략화 할 수 있어 유지 및 보수에 용이하고, 입력 전압에 대해 선형적인 출력 전압을 얻을 수 있어 회로의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력된 직류 전압을 소정 주파수의 펄스로 변환 시키는 전압/주파수 변환부(1)와; 이 전압/주파수 변환부(1)의 출력 펄스를 광 결합하여 상기 출력 펄스의 주파수를 전달하고, 입/출력단을 절연시키는 절연 연결부(2); 및 이 절연 연결부(2)에 의해 전달된 주파수를 소정의 직류 전압으로 변환시키는 주파수/전압 변환부(3)로 구성된 직류/직류 변환 장치.