WO2020013635A1 - 전자장치 - Google Patents

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WO2020013635A1
WO2020013635A1 PCT/KR2019/008577 KR2019008577W WO2020013635A1 WO 2020013635 A1 WO2020013635 A1 WO 2020013635A1 KR 2019008577 W KR2019008577 W KR 2019008577W WO 2020013635 A1 WO2020013635 A1 WO 2020013635A1
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power
power factor
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김문영
강정일
최신욱
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삼성전자(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic device, and more particularly, to an electronic device including a power supply circuit provided with a power factor correction unit.
  • a power factor corrector that is, a power factor corrector (PFC)
  • PFC power factor corrector
  • electronic devices such as TVs do not perform operations of a general TV that processes and displays video signals including broadcasts in some sections, and performs gallery mode, frame mode, and clock. Only an operation having a low load, that is, low power consumption, such as a display mode or an IoT mode, may be performed.
  • the overall system efficiency can be improved by reducing one power conversion step of the power circuit. Can be.
  • the power factor correction unit is designed as a step-up PFC circuit or a step-down PFC circuit depending on conditions such as the environment.
  • the boost type PFC circuit is designed such that the elements connected to its output have a voltage rating higher than the PFC input voltage, so that the power factor correction unit can bypass the voltage without problems.
  • Step-down PFC circuits can be designed to have circuits connected to their outputs with lower voltage ratings than step-up PFC circuits, so in certain circumstances a forced PFC circuit can be used as a power factor correction unit. .
  • the power factor correction unit when the power factor correction unit is a step-down type PFC circuit, the power factor correction unit operates only for the step-down even in the light load section in which the power factor correction is not required, so that the overall system efficiency decreases in the light load section.
  • the present invention is to solve the above problems, even in an electronic device equipped with a power supply circuit applying a step-down PFC, stable operation is performed even if the voltage is bypassed without performing the operation of the PFC in the light load period of low power consumption It is to provide a possible electronic device.
  • the present invention by controlling the operating frequency or duty control of the AC-AC transformer as well as the voltage gain, thereby providing an electronic device that does not reduce the efficiency of the circuit itself even if the variable range of the AC-AC transformer output voltage is very wide will be.
  • An electronic device the operation unit; And a power supply circuit for supplying power to the operation unit, wherein the power supply circuit outputs a second voltage by performing a power factor correction operation of the first voltage converter and a first voltage outputting a first voltage based on an input power source.
  • the power factor correction unit is configured to supply power to the operation unit based on the first voltage or the second voltage, and when the power consumption of the operation unit is less than or equal to a predetermined value, the operation of the power factor correction unit is stopped and the first voltage is converted into the second voltage.
  • the power is supplied to the operation unit based on the reduced first voltage by reducing the voltage to a level corresponding to.
  • the power supply circuit may further include a second voltage converter configured to output a third voltage obtained by adjusting the level of the first voltage or the second voltage to the operation unit.
  • the power factor correction unit bypasses the power factor correction unit and may include a bypass unit for selectively connecting the first voltage converter and the second voltage converter.
  • a signal for controlling the first voltage converter to reduce the first voltage to a level corresponding to the second voltage, and connecting the bypass unit to transmit the first voltage to the second voltage converter may further include a control unit for outputting.
  • the first voltage conversion unit AC-AC transformer for outputting a first voltage
  • a transformer control unit for feeding back the output voltage of the AC-AC transformer to control the operation of the AC-AC transformer, wherein the control unit includes: a detector that outputs a first signal when the power consumption of the operation unit is less than or equal to a predetermined value; And a voltage adjusting unit adjusting a voltage fed back to the transformer control unit based on the first signal received from the sensing unit.
  • the voltage adjusting unit includes an impedance converter including a switch and a plurality of resistors that operate in response to the first signal received from the sensing unit, wherein the voltage fed back to the transformer control unit is changed by changing the impedance of the impedance converter according to the operation of the switch. Can be adjusted.
  • the transformer controller may control the AC-AC transformer to reduce the first voltage to a level corresponding to the second voltage by controlling the operating frequency or the duty ratio of the AC-AC transformer in response to the adjustment of the fed back voltage.
  • the AC-AC transformer includes a switch provided at a primary side or a secondary side, connected to the tab, and operating according to a first signal received from a sensing unit, and corresponding to the operation of the switch, the voltage of the AC-AC transformer The gain is controlled to reduce the first voltage to a level corresponding to the second voltage.
  • the detector may output the first signal and further output the second signal to the power factor corrector when a predetermined time elapses.
  • the detector may monitor the output voltage of the AC-AC transformer and output a second signal when the voltage output from the AC-AC transformer to the power factor controller is less than or equal to a predetermined value.
  • the bypass unit may include a bypass switch configured to receive the second signal and turn on or off to generate a bypass path.
  • the sensor may receive a mode signal corresponding to the light load and detect that the power consumption of the operation unit is equal to or less than a predetermined value.
  • the AC-AC transformer and the voltage adjusting unit may be provided in an adapter for receiving input power, and the power factor correction unit may be provided in the electronic device body.
  • the power factor correction unit may include a step-down power factor correction circuit.
  • the present invention does not reduce the efficiency of the circuit itself even if the variable range of the AC-AC transformer output voltage is very wide.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates an example in which a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention is implemented.
  • 4 to 6 are circuit diagrams illustrating a voltage adjusting unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 9 illustrate circuit diagrams in which a voltage gain adjusting unit is provided according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams illustrating a power factor correction unit including a bypass unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit when the power supply circuit of FIG. 12 operates under normal load.
  • FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit when the power supply circuit of FIG. 12 operates at light load.
  • 15 and 16 are graphs illustrating signals of an operation of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a flowchart illustrating a power control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the 'module' or 'unit' performs at least one function or operation, and may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software, and integrated into at least one module. Can be implemented.
  • at least one of the plurality of elements refers to not only all of the plurality of elements, but also each one or a combination thereof excepting the rest of the plurality of elements.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • an electronic device 1 includes a power supply circuit 10 for supplying power and an operation execution unit for receiving power from the power supply circuit 10 to perform an operation. 20) (hereinafter also referred to as an operation unit).
  • the operation performing unit 20 consumes power to perform a predetermined function, and includes an electronic device provided to perform an operation of the electronic device 1 such as the display 21 and the processor 22.
  • the display 21 and the processor 22 are illustrated as examples of the electronic device of the operation performing unit 20, but the type of the electronic device is not limited. That is, various components provided as loads consuming power in the electronic device 1 may be included in the electronic device.
  • the power supply circuit 10 receives input power (AC power) installed in a wall of a home or an office.
  • an electronic device 1 includes a television (TV) for processing a broadcast image based on at least one of a broadcast signal, broadcast information, or broadcast data received from a transmitting device of a broadcast station.
  • TV television
  • the same display device is included.
  • the display apparatus may wirelessly receive a radio frequency (RF) signal transmitted from a broadcasting station, that is, a broadcast signal, and for this purpose, further includes an antenna for receiving the broadcast signal and a tuner for tuning the broadcast signal for each channel. can do.
  • RF radio frequency
  • the broadcast signal received by the display device can be received through terrestrial waves, cables, satellites, and the like, and the signal supply source in the present invention is not limited to a broadcast station. That is, any device or station capable of transmitting or receiving data, such as a set-top box, a player capable of playing an optical disc such as a Blu-ray or a DVD, may be included in the signal supply source of the present invention.
  • the standard of the signal received from the electronic device 1 may be configured in various ways corresponding to the implementation form, for example, HDMI, composite video, component video, super video. Video signals can be received by wire, SCART, or standard.
  • the electronic device 1 may wirelessly receive an image signal through wireless communication such as Wi-Fi, Wi-Fi direct, or Bluetooth.
  • the electronic device 1 implemented as a display device may operate as a smart TV or an IP (Internet Protocol TV).
  • Smart TVs can receive and display broadcast signals in real time, and have a web browsing function that enables the display of real-time broadcast signals and the search and consumption of various contents through the Internet. to be.
  • Smart TVs also include an open software platform that can provide interactive services to users.
  • the smart TV may provide a user with an application that provides various contents, for example, a predetermined service, through an open software platform.
  • Such applications are applications that can provide various kinds of services, and include, for example, applications that provide services such as SNS, finance, news, weather, maps, music, movies, games, and e-books.
  • the electronic device 1 in the present invention is not limited to a display device such as a TV, and any device capable of performing an operation by receiving AC power is included in the electronic device of the present invention. That is, the electronic device 1 may be, for example, a computer (PC) device (or a monitor connected to a computer main body) including a laptop or a desktop, or various types of devices such as various home appliances. could be.
  • PC computer
  • a monitor connected to a computer main body including a laptop or a desktop
  • various types of devices such as various home appliances.
  • the power supply circuit 10 may include a first voltage converter 100, a power factor correction unit 200, and a second voltage converter (as illustrated in FIG. 1). 300 and the controller 400.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the first voltage converter 100 outputs a first voltage based on an input power source (AC power source).
  • the first voltage converter 100 includes a rectifier 110, an AC-AC transformer 120, and a transformer controller 130.
  • the rectifier 110 rectifies the input power, that is, AC power and outputs the AC power to the AC-AC transformer 120.
  • the rectifier 110 may be configured of a plurality of diodes, and may be implemented as a bridge diode circuit for full-wave rectifying the input power.
  • the AC-AC transformer 120 receives a full-wave rectified power from the rectifier 110, and configures a transformer for transferring power from the primary side to the secondary side.
  • the AC power rectified by the rectifier 110 is generated as a full-wave rectified voltage insulated through the AC-AC transformer 120.
  • the voltage generated through the rectifier 110 and the AC-AC transformer 120 and output to the power factor correction unit 200 becomes the first voltage output from the first voltage converter 100.
  • the AC-AC transformer 120 is implemented with a high frequency transformer.
  • the AC-AC transformer 120 may be implemented as a full bridge converter composed of a plurality of field effect transistors (FETs).
  • FETs field effect transistors
  • the implementation is not limited to the full bridge type, and all converters using the transformer are applicable to the AC-AC transformer 120 of the present invention.
  • the AC-AC transformer 120 is provided with a tab on the primary side or the secondary side, and is provided to change the transformer turn ratio by the operation of a switch connected to the tab (eg, 141 of FIG. 7).
  • the switch 141 is an example of the implementation of the voltage gain adjusting unit 140 shown in FIG. 2. An embodiment in which the transformer turn ratio is changed by the voltage gain adjusting unit 140 will be described in detail with reference to the operation of the voltage gain adjusting unit 140 described later.
  • the transformer control unit 130 controls the operation of the AC-AC transformer 120.
  • the transformer controller 130 receives the voltage from the power factor correction unit 200 and changes at least one of a duty or an operating frequency applied to the FET of the AC-AC transformer 120, thereby changing the AC-AC.
  • the output voltage of the transformer 120 may be controlled to be variable, that is, reduced.
  • the transformer control unit 130 may apply a voltage whose level is changed by the control unit 400.
  • the operation of the AC-AC transformer 120 is controlled in response to the changed feedback voltage.
  • the transformer controller 130 controls to reduce the first voltage output from the AC-AC transformer 120 to a level corresponding to the second voltage in response to the changed feedback voltage.
  • the level corresponding to the second voltage is a level of the voltage output from the power factor correction unit 200 that has performed the power factor correction operation.
  • an electronic device 1 such as a TV performs a general operation of processing and displaying a video signal such as a broadcast. It is called. Provides real-time information such as weather, time, and news on TV, plays content such as pictures and photos with background music (gallery mode, frame mode, or magic screen), or ambient mode to operate IoT devices. ) Is an example of light load.
  • a power factor corrector (PFC) 200 outputs a second voltage by performing a power factor correction operation on the first voltage received from the first voltage converter 100.
  • the power factor correction unit 200 may be designed as a step-down PFC circuit, for example, a buck PFC converter or a SECIC PFC including a FET turned on or off according to a PWM control signal. Can be implemented as a converter.
  • the bypass unit 210 outputs the inputted first voltage by bypassing the power factor correction unit 200. Is prepared.
  • the bypass unit 210 includes a switch capable of selectively connecting the first voltage converter 100 and the second voltage converter, and specific embodiments in which the bypass unit 210 is implemented are illustrated in FIGS. 10 and FIG. This will be described in more detail in section 11.
  • the first voltage output from the first voltage converter 100 corresponds to the second voltage.
  • the power factor correction unit 200 bypasses the voltage, the voltage conversion step of the power supply circuit 10 is reduced by one, so that the overall system efficiency may be improved.
  • the power factor correction unit 200 is set to the bypass mode.
  • the second voltage converter 300 outputs a third voltage obtained by adjusting the level of the first voltage or the second voltage received from the power factor corrector 200 to the operation unit 20.
  • the second voltage converting unit 300 converts the second power source into a third power source and stably provides the SMPS to the operation unit 20 including the loads, that is, the electronic elements 21 and 22. power supply) or a circuit including a DC-DC converter.
  • the controller 400 operates at a light load of which the power consumption of the operation unit 20 including the electronic elements 21 and 22 of the electronic device 1 is less than or equal to a predetermined value, and the power factor compensation with the first voltage converter 100.
  • the control signal is output to the unit 200.
  • the control signal output from the control unit 400 to the first voltage converter 100 or the power factor correction unit 200 during the light load operation is also referred to as a light load.
  • the controller 400 includes a detector 410 and a voltage adjuster 420.
  • the detector 410 detects that the electronic device 1 operates at light load.
  • the sensing unit 410 is implemented as a load sensing circuit that detects that the power, that is, the power consumption of the operation unit 20 including the electronic elements 21 and 22 is less than a predetermined value.
  • the detector 410 may receive a mode signal corresponding to the light load operation from, for example, the processor 22 or the like. In this case, it is possible to easily recognize whether the light load is operated without detecting the power level of the operation unit 20 including the electronic device such as the display 21.
  • the voltage adjusting unit 420 allows the transformer control unit 130 to vary the output voltage of the AC-AC transformer 120 by providing a feedback voltage leveled to the transformer control unit 130 according to the light and weight.
  • FIG 3 illustrates an example in which a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention is implemented.
  • the power supply circuit 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the components (Adaptor) receiving the AC power and the power board (Power board) of the main body of the electronic device (1) It is provided separately, and the adapter and power board are connected by a cable.
  • Adaptor receiving the AC power and the power board (Power board) of the main body of the electronic device (1)
  • Power board power board
  • the adapter and power board are connected by a cable.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the type of cable, it is implemented in the form that can transmit power and control signals, such as wire or optical cable.
  • the rectifier 110, the AC-AC transformer 120, the transformer control unit 130, the voltage gain adjusting unit 140, and the voltage adjusting unit 420 are provided in the adapter.
  • the power factor correction unit 210, the second voltage converter 300, and the detector 410 are provided on the power board.
  • the power supply circuit 10 of FIG. 3 has an advantage in that the power factor power factor compensator 200 having high heat generation and relatively large volume is provided in the power supply circuit, not an adapter subject to design limitations according to size, temperature, and the like.
  • the sensing unit 410 outputs a control signal to the voltage adjusting unit 420 and the voltage gain adjusting unit 430 through a cable.
  • the signal transmission means between the adapter and the power board is not limited to the cable, for example, the signal may be transmitted and received by wireless communication such as Wi-Fi, Bluetooth.
  • 4 to 6 are circuit diagrams illustrating a voltage adjusting unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the voltage adjusting unit 420 as shown in Figure 4, the impedance converter 421 for changing the impedance corresponding to the hard call, and the voltage sensing unit for sensing the changed impedance value as a feedback voltage ( 422).
  • the impedance converter 420 receives a light call from the detector 420, and the light call may be implemented as either a high signal or a low signal.
  • the switch block may be implemented as a combination of various types of FETs and BJTs corresponding to active high / low operation of a received signal.
  • the voltage sensing unit 422 includes an electronic device such as an integrated circuit (IC) that receives a sensing voltage in response to a changed impedance from the impedance converter 421, and a light emitting unit and a receiving unit to transmit a signal in response to the received sensing voltage. It can be implemented by a combination of photo coupler consisting of.
  • IC integrated circuit
  • FIG. 5 shows an example of a circuit diagram of the impedance converter 421 of FIG. 4.
  • the impedance converter 421 may be implemented as various types of impedance change circuits for changing the impedance value of the voltage sensing unit 422 using the voltage distribution principle.
  • the PFC input voltage V PFC _ IN that is, the AC-AC transformer output voltage V AC -AC_out , is determined as in Equation 1 below, and generally operates with V PFC _ IN having a high voltage peak.
  • V ref Denotes a reference voltage of the voltage sensing unit 422, which is an internal reference voltage of the electronic device (for example, a reference voltage of a comparator or an OP AMP) that receives the sensing voltage from the impedance converter 421 of FIG. 4. .
  • the switch connected in parallel with the resistor Rc is turned off, and the PFC input voltage (V PFC _IN ), that is, the AC-AC transformer is based on the voltage distribution principle between Ra, Rb and Rc.
  • the output voltage V AC -AC_out is determined as shown in Equation 2 below.
  • the resistance value of Rc can be changed to the same value as the PFC output voltage in the normal operation state where the PFC input voltage is lower.
  • a low level feedback voltage is transmitted to the transformer controller 130 by the voltage sensing unit 422. Is fed back.
  • the transformer control unit 130 receives the changed feedback voltage and changes the rate of application, ie, duty rate or operating frequency, applied to the FET of the AC-AC transformer 120, thereby adjusting the AC-AC transformer 120. Control the output voltage to be variable. Accordingly, it is possible to control the voltage level without additional configuration to the AC-AC transformer.
  • the transformer control unit 130 when the transformer control unit 130 is provided on the secondary side instead of the transformer primary side, as shown in FIG. 6, control from the transformer control unit 130 to the gate driver 131.
  • the signal is transmitted, and the rate or operating frequency applied to the FET of the AC-AC transformer 120 may be changed and controlled by the gate driver 131.
  • the AC-AC transformer 120 may change the application rate or operating frequency applied to the FET of the AC-AC transformer 120 during the light load operation.
  • the output voltage of the AC transformer 120 is variable.
  • the voltage variable range is very wide, it is necessary to design the AC-AC transformer 120 to have a very large voltage gain width. If designed to have a very large voltage gain width as described above, this causes another problem that greatly reduces the efficiency of the AC-AC transformer 120 circuit itself.
  • the power supply circuit 10 further includes a voltage gain adjusting unit 140 capable of controlling voltage gain by changing the transformer turn ratio of the AC-AC transformer 120.
  • FIG. 7 to 9 illustrate circuit diagrams in which a voltage gain adjusting unit is provided according to embodiments of the present invention.
  • the voltage gain adjusting unit 140 includes switches 141 and 142 provided inside the AC-AC transformer 120, and the switches 141 and 142 are primary sides of the transformer. Or a tab provided on the secondary side.
  • the voltage gain of a converter using a transformer is expressed as a function of the turns ratio, duty, and frequency of the transformer as shown in Equation 3 below. Therefore, when changing the transformer turn ratio, the level of the output voltage can be largely changed without changing the duty and operating frequency of the AC-AC transformer 120.
  • the turn ratio of the transformer can be changed by operating the switch 142 in conjunction with the hard call.
  • the voltage gain adjusting unit 140 described with reference to FIGS. 7 and 8 may select various voltage gain conversion ratios, such as 1/3, depending on the position of the tap and the number of windings of the primary or secondary windings.
  • the voltage gain adjusting unit 140 may be implemented by changing the topology of the AC-AC transformer 120.
  • the AC-AC transformer 120 operates as a full bridge under normal load. In light load operation, the AC-AC transformer 120 operates as a half bridge by changing a PWM control signal to turn on or off each FET.
  • the transformer control part is required to change the voltage to a desired level.
  • Duty or operating frequency control by 130 may be additionally performed.
  • the voltage gain adjusting unit 140 When the voltage gain adjusting unit 140 is provided in this way, by controlling not only the operating frequency or duty control of the AC-AC transformer but also the voltage gain, the efficiency of the circuit itself is not deteriorated even if the variable range of the AC-AC transformer output voltage is very wide. Do not.
  • the operation of the power factor correction unit 200 is stopped.
  • the output voltage V AC -AC_out of the AC-AC transformer 120 is bypassed and output as it is through the bypass unit 210.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams illustrating a power factor correction unit including a bypass unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the FET switch 211 turned on or off according to the PWM control signal serves as the bypass unit 210. To perform.
  • the power factor correction unit 200 when the power factor correction unit 200 is a step-down PFC, the power level (peak voltage) is reduced and output under normal load.
  • the FET switch 211 When the electronic device 1 operates at light load, the FET switch 211 is turned on as shown in FIG.
  • the power factor correction unit 200 is provided with a PFC control unit that outputs a PWM control signal, that is, a PFC IC (220 in FIG. 12), and outputs a light signal from the detector 410 to the PFC control unit 220 during light load operation.
  • the PFC controller 220 may receive the same and turn on the FET switch 211.
  • the power factor correction unit 200 when the power factor correction unit 200 is implemented as a SECIC PFC converter, in addition to the FET switch 222, a switch 212 serving as the bypass unit 210 is added. do. That is, in one embodiment, the power factor correction unit 200 may configure the bypass unit 210 by a combination of a relay and a FET. Accordingly, it is possible to control to selectively bypass the PFC by a simple circuit configuration.
  • the power factor correction unit 200 when the power factor correction unit 200 is a step-down PFC, the power level (peak voltage) is reduced and output under normal load.
  • the electronic device 1 when the switch 212 is turned on by receiving a control signal from the sensing unit 410, a bypass path is generated along the AC-AC transformer 120. It can be seen that the input voltage (V PFC_IN ) received from the N-axis is output as it is without changing the level.
  • the power factor correction unit 200 is provided with a PFC controller that outputs a PWM control signal, that is, a PFC IC 220, and outputs a light load from the detector 410 to the PFC controller 220 during light load operation.
  • the received PFC controller 220 may turn off the FET switch 222.
  • the power factor correction unit 200 stops the power factor correction operation and operates in the bypass mode along the bypass path formed by the switch 212.
  • bypass switch may be used to refer to the FET switch 211 or the relay switch 212.
  • the implementation of the power factor correction unit 200 is not limited to the form shown in FIG. 10 or 11 in the present invention, it may be implemented in various types of converters, and a bypass switch may be provided to correspond to the form. Will be.
  • the method of adding the switch 212 as shown in FIG. 11 is applicable to all topologies as well as the sepic PFC converter.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of an equivalent circuit when the power circuit of FIG. 12 is operated under normal load.
  • FIG. 14 is a power circuit of FIG. 12. A circuit diagram showing an equivalent circuit when the circuit operates at light load.
  • 15 and 16 are graphs illustrating signals of an operation of a power circuit of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply circuit 10 of the electronic device receives the input power (AC power) and rectifies and rectifies the wave from the rectifier 110. It includes an AC-AC transformer 120 that receives the power and delivers the power under the control of the transformer control unit 130.
  • the rectifier 110 and the AC-AC transformer 120 are included in the first voltage converter 100 described with reference to FIG. 1.
  • the transformer control unit 130 receives the feedback voltage from the voltage adjusting unit 420 and controls the operation of the AC-AC transformer 120 by outputting a control signal to each FET gate of the AC-AC transformer 120 correspondingly. do.
  • an AC voltage having a peak voltage of 127 to 374V is input from the rectifier 910 to the AC-AC transformer 120.
  • the AC-AC transformer 120 outputs a first voltage having a peak voltage of 350V under the control of the transformer controller 130.
  • the output voltage of the AC-AC transformer 120 is fed back to the transformer control unit 130 through the voltage adjusting unit 420.
  • the first voltage V AC-AC_out output from the AC-AC transformer 120 through the control process as described above is input to the power factor correction unit 200 as the input voltage V PFC _ IN .
  • the power factor correction unit 200 outputs a second voltage by performing a power factor correction operation on the first voltage received from the AC-AC transformer 120.
  • DC 100V having a power factor correction of the first voltage is output from the power factor correction unit 200 as a second voltage.
  • the second voltage output from the power factor correction unit 200 is a third voltage whose level is adjusted by the second voltage converter 300 shown in FIG. 1 and includes loads, that is, electronic devices 21 and 22. It is output to the operation unit 20.
  • the operation unit 20 including an electronic device such as a display can be stably supplied with an operating voltage.
  • the AC-AC transformer 120 of the power supply circuit 10 may further include a bypass switch 212 for providing a bypass path at light load.
  • the AC-AC transformer 120 of the power supply circuit 10 may control the voltage gain by changing the transformer turn ratio, as shown in FIG. 12. It may further include a switch 141 provided as the gain adjusting unit 140. 12 illustrates an example in which the switch 141 is implemented in a form that can be connected to the transformer secondary side tap.
  • the detection unit 410 sends a light signal (first signal) to the voltage adjusting unit 420 and the voltage gain adjusting unit 140.
  • the light signal to be output may be either a high or low signal according to the design of the circuit.
  • FIGS. 15 and 16 illustrate an example in which the light signal is high.
  • the impedance converter 421 of the voltage adjusting unit 420 receives the hard signal and turns off the switch block SW, and according to the voltage distribution principle between Ra, Rb, and Rc.
  • the sensing voltage of the voltage sensing unit 422 is changed, that is, reduced and fed back to the transformer control unit 130.
  • the transformer control unit 130 controls the operating frequency or duty of the FET of the AC-AC transformer 120 in response to the changed feedback voltage, so that the first voltage is reduced to 100V as shown in FIG. It is output from the AC-AC transformer 120.
  • the bypass switch 141 connected to the secondary side tap of the AC-AC transformer 120 receives a hard signal and performs a switching operation, so that the winding N S1 from one end of the secondary side winding to the tap.
  • the first voltage whose peak voltage is reduced to 100V is output from the AC-AC transformer 120 as shown in FIG.
  • the level of the voltage output from the AC-AC transformer 120 during the light load operation corresponds to the level of the second voltage output by the power factor correction unit 200 at the normal load. That is, at light loads, it may be confirmed that the first voltage output from the AC-AC transformer 120 is reduced to a level corresponding to the second voltage and output.
  • the detection unit 410 when detecting that the electronic device 1 operates at light load, the detection unit 410 outputs a hard signal (second signal) to the power factor correction unit 200.
  • the detector 410 may output signals to the PFC controller 220 and the bypass switch 212 of the power factor correction unit 200, respectively.
  • the second signal is preferably output after the voltage V PFC_IN is reduced to a sufficiently low level after the first signal is output for the stability of the operation.
  • the detector 410 may output a second signal when a predetermined time t1 elapses after the first signal is output.
  • the detector 410 monitors the level of the voltage V PFC _ IN output from the AC-AC transformer 120 after outputting the first signal, and as shown in FIG. 16, the peak of V PFC_IN.
  • the second signal may be output when the time t2 at which the voltage falls below a predetermined level has elapsed.
  • the bypass switch 212 When the second signal is output from the sensing unit 410 to the power factor correction unit 200, as shown in FIG. 14, the bypass switch 212 is connected, and the PFC control unit 220 controls the FET switch 222. By turning off, the power factor correction unit 200 does not perform an operation.
  • the power factor correction unit 200 receives the first voltage reduced from the AC-AC transformer 120 to the peak voltage 100V as shown in FIG. 14, and the received first voltage is transferred by the bypass switch 212. It is output as it is through the formed bypass path. Accordingly, in the light load section where the power consumption is low, stable operation is possible even if the voltage is bypassed without performing the operation of the PFC.
  • 17 is a flowchart illustrating a power control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 1 operates at a normal load (heavy load) such as a TV processing and displaying a video signal such as broadcast (710).
  • a normal load such as a TV processing and displaying a video signal such as broadcast (710).
  • the power supply circuit 10 of the electronic device 1 detects that the electronic device 1 operates at light load (720).
  • the power supply circuit 10 may detect the light load operation by the detection unit 410, the detection unit 410 is a load, that is, the power of the operation unit 20 including the electronic elements (21, 22)
  • the light load operation may be detected by detecting a place where the consumption becomes less than a predetermined value or by receiving a mode signal corresponding to the light load operation.
  • the detector 420 If it is detected in operation 720 that the light load is operating, the detector 420 outputs a first signal (light signal) to the voltage adjuster 420 (730). Here, the sensing unit 420 may further output the first signal to the voltage gain adjusting unit 140.
  • the feedback voltage of the transformer controller 130 is changed to control the operating frequency or duty of the AC-AC transformer 120, or the transformer turn ratio of the AC-AC transformer 120 is changed.
  • the voltage output from the AC-AC transformer 120 to the power factor correction unit 200 is adjusted, that is, reduced (740).
  • the detector 420 outputs a second signal (light signal) to the power factor correction unit 200 (750).
  • the detection unit 420 is a second signal when the predetermined time has elapsed after the output of the first signal in step 730 or when the AC-AC transformer 120 monitors the level of the output voltage is reduced below a specific level You can output
  • the power factor correction unit 200 receiving the second signal in operation 750 operates in a bypass mode. In this case, the reduced voltage in operation 740 bypasses the power factor correction unit 200 and outputs the result. Therefore, even if the power factor correction unit 200 is a step-down PFC circuit and the devices connected to the output terminal are designed to have a low voltage rate, the operation of the entire power supply circuit 10 will not occur.

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Abstract

본 발명은 전자장치에 관한 것으로서, 동작부; 및 동작부에 전력을 공급하는 전원회로를 포함하며, 전원회로는, 입력전원에 기초하여 제1전압을 출력하는 제1전압변환부 및 제1전압의 역률 보상 동작을 수행하여 제2전압을 출력하는 역률보상부를 포함하고, 제1전압 또는 제2전압에 기초하여 동작부에 전력을 공급하며, 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우, 역률보상부의 동작을 중단시키고, 제1전압을 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하여, 저감된 제1전압에 기초하여 동작부에 전력을 공급한다.

Description

전자장치
본 발명은 전자장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역률보상부가 마련된 전원회로를 포함하는 전자장치에 관한 것이다.
교류회로에서 전압과 전류는 정현파(사인파) 모양으로 변동하는데, 양자의 정현파 위상이 일치하지 않거나, 전류파형이 정현파가 아닌 펄스파의 형태를 가지는 경우도 발생된다. 이는 피상전력 중 실제로 사용되는 유효전력의 비율 즉, 역률(PF, power factor)이 낮아져 에너지 손실이 증가하는 원인이 된다.
그에 따라, 텔레비전(TV)와 같이 교류(AC) 전원을 입력받는 전자장치의 전원회로에는, 역률을 최대로 맞춰주기 위한 역률보상부 즉, PFC(power factor corrector)가 마련된다.
최근 전자장치에 다양한 기능들이 부가되는 추세에 따라, TV와 같은 전자장치는 일부 구간에서 방송을 포함하는 영상신호를 처리하여 디스플레이하는 일반적인 TV의 동작을 수행하지 않으면서, 갤러리모드, 액자모드, 시계표시 모드, IoT 모드 등 부하 즉, 소비전력이 낮은 동작만을 수행할 수 있다.
상기와 같이 소비전력이 낮은 경부하 구간에서는, 역률 규제를 만족시킬 필요가 없기 때문에, 역률보상부를 오프하여 전압이 바이패스 되도록 하면, 전원회로의 전력변환 단계가 하나 감소됨으로써 전체 시스템 효율이 향상될 수 있다.
역률보상부는 환경 등의 조건에 따라 승압형 PFC 회로 또는 강압형 PFC 회로로서 설계된다. 승압형 PFC 회로는, 그 출력에 연결된 소자들이 PFC 입력전압보다 높은 전압레이팅을 가지도록 설계되기 때문에, 역률보상부가 문제없이 전압을 바이패스할 수 있다.
강압형 PFC 회로는, 승압형 PFC 회로와 대비하여 낮은 전압레이팅을 가지는 소자들로 그 출력에 연결된 회로를 설계할 수 있으므로, 특정 환경에서는 역률보상부로서 강합형 PFC 회로를 사용하는 경우가 발생된다.
그런데, 역률보상부가 강압형 PFC 회로인 경우, 역률보상이 필요없는 경부하 구간에서도 오직 강압을 위해 역률보상부가 동작하게 되므로, 경부하 구간에서는 오히려 전체 시스템 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 강압형 PFC를 적용한 전원회로가 구비된 전자장치에서도, 전력 소모가 낮은 경부하 구간에서는 PFC의 동작을 수행하지 않고 전압을 바이패스 시켜도 안정적인 동작이 가능한 전자장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, AC-AC 변압기의 동작주파수 또는 듀티제어 뿐 아니라 전압이득까지 제어함으로써, AC-AC 변압기 출력전압의 가변범위가 매우 넓더라도 회로 자체의 효율이 저하되지 않는 전자장치를 제공하는 것이다.
본 발명 일 실시예에 따른 전자장치는, 동작부; 및 동작부에 전력을 공급하는 전원회로를 포함하며, 전원회로는, 입력전원에 기초하여 제1전압을 출력하는 제1전압변환부 및 제1전압의 역률 보상 동작을 수행하여 제2전압을 출력하는 역률보상부를 포함하고, 제1전압 또는 제2전압에 기초하여 동작부에 전력을 공급하며, 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우, 역률보상부의 동작을 중단시키고, 제1전압을 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하여, 저감된 제1전압에 기초하여 동작부에 전력을 공급한다.
전원회로는, 제1전압 또는 제2전압의 레벨을 조정한 제3전압을 동작부에 출력하는 제2전압변환부를 더 포함할 수 있다.
역률보상부는, 역률보상부를 바이패스하여, 제1전압변환부와, 제2전압변환부 간을 선택적으로 연결할 수 있는 바이패스부를 포함할 수 있다.
동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우, 제1전압이 제2전압에 대응하는 레벨로 저감되도록 제1전압변환부를 제어하고, 제1전압이 제2전압변환부에 전달되도록 바이패스부를 연결하는 신호를 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제1전압변환부는, 제1전압을 출력하는 AC-AC 변압기; 및 AC-AC 변압기의 출력전압을 피드백하여 AC-AC 변압기의 동작을 제어하는 변압기제어부를 포함하며, 제어부는, 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우 제1신호를 출력하는 감지부; 및 감지부로부터 수신되는 제1신호에 기초하여 변압기제어부로 피드백되는 전압을 조정하는 전압조정부를 포함할 수 있다.
전압조정부는, 감지부로부터 수신되는 제1신호에 대응하여 동작하는 스위치 및 복수의 저항을 포함하는 임피던스 변환기를 포함하며, 스위치의 동작에 따라 임피던스 변환기의 임피던스를 변경하여 변압기제어부로 피드백되는 전압이 조정될 수 있다.
변압기 제어부는, 피드백되는 전압의 조정에 대응하여 AC-AC 변압기의 동작주파수 또는 듀티비를 제어하여, 제1전압을 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하도록 AC-AC 변압기를 제어할 수 있다.
AC-AC 변압기는, 1차측 또는 2차측에 탭이 마련되고, 탭에 연결되며 감지부로부터 수신되는 제1신호에 따라 동작하는 스위치를 포함하며, 스위치의 동작에 대응하여 AC-AC 변압기의 전압이득이 제어되어, 제1전압을 제2전압에 대응하는 레벨로 저감할 수 있다.
감지부는, 제1 신호를 출력하고, 기설정된 시간이 경과되면 역률보상부로 제2신호를 더 출력할 수 있다.
감지부는, AC-AC 변압기의 출력전압을 모니터링하여 AC-AC 변압기로부터 역률제어부로 출력되는 전압이 소정치 이하가 되면, 제2 신호를 출력할 수 있다.
바이패스부는 제2신호를 수신하여 온 또는 오프되어 바이패스 경로가 생성되도록 하는 바이패스 스위치를 포함할 수 있다.
감지부는, 경부하에 대응하는 모드신호를 수신하여, 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 것을 감지할 수 있다.
AC-AC 변압기 및 전압조정부는 입력전원을 수신하는 어댑터에 마련되고, 역률보상부는 전자장치 본체에 마련될 수 있다.
역률보상부는, 강압형 역률보상회로를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 전자장치에 따르면, 강압형 PFC를 적용한 전원회로가 구비된 전자장치에서도, 전력 소모가 낮은 경부하 구간에서는 PFC의 동작을 수행하지 않고 전압을 바이패스 시켜도 안정적인 동작이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, AC-AC 변압기의 동작주파수 또는 듀티제어 뿐 아니라 전압이득까지 제어함으로써, AC-AC 변압기 출력전압의 가변범위가 매우 넓더라도 회로 자체의 효율이 저하되지 않는다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 의한 전자장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로가 구현된 일례를 도시한 도면이다.
도 4 내지 6은 본 발명 실시예에 따른 전압조정부를 도시한 회로도들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명 실시예들에 따라 전압이득조정부가 마련된 회로도를 도시한 것이다.
도 10과 도 11은 본 발명 실시예에 따라 바이패스부를 포함하는 역률보상부를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 회로도를 도시한 것이다.
도 13은 도 12의 전원회로가 정상부하 동작 시 등가회로를 도시한 회로도이다.
도 14는 도 12의 전원회로가 경부하 동작 시 등가회로를 도시한 회로도이다.
도 15와 도 16은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 동작에 따른 신호를 도시한 그래프이다.
도 17은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 이하의 실시예에 설명된 구성 또는 작용으로만 한정되지는 않는다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '구성되다', '포함하다', '가지다' 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 복수의 요소 중 적어도 하나(at least one)는, 복수의 요소 전부뿐만 아니라, 복수의 요소 중 나머지를 배제한 각 하나 혹은 이들의 조합 모두를 지칭한다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 의한 전자장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명 실시예에 따른 전자장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원을 공급하는 전원회로(10)와, 전원회로(10)로부터 전원을 공급받아 동작을 수행하는 동작수행부(20)(이하, 동작부 라고도 한다)를 포함한다.
동작수행부(20)는 전력을 소모하여 소정 기능을 수행하며, 디스플레이(21), 프로세서(22) 등과 같이 전자장치(1)의 동작을 수행하기 위해 마련되는 전자소자를 포함한다. 도 1에서는, 동작수행부(20)의 전자소자로서 디스플레이(21)와 프로세서(22)를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명에서 전자소자의 종류는 한정되지 않는다. 즉, 전자장치(1)에서 전력을 소모하는 부하로서 마련되는 다양한 구성들이 전자소자에 포함될 수 있다.
전원회로(10)는 가정이나 사무소 등의 벽(wall)에 설치된 입력전원(AC 전원)을 입력 받는다.
일 실시예에서 전자장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방송국의 송출장비로부터 수신되는 방송신호, 방송정보, 또는 방송데이터 중 적어도 하나에 기초한 방송 영상을 처리하는 텔레비전(TV)과 같은 디스플레이장치를 포함한다.
디스플레이장치는, 예를 들면 방송국으로부터 송출되는 RF(radio frequency) 신호 즉, 방송신호를 무선으로 수신할 수 있으며, 이를 위해 방송신호를 수신하는 안테나와 방송신호를 채널 별로 튜닝하기 위한 튜너를 더 포함할 수 있다. 디스플레이장치가 수신하는 방송신호는 지상파, 케이블, 위성 등을 통해서 수신 가능하며, 본 발명에서의 신호공급원은 방송국에 한정되지 않는다. 즉, 셋탑박스나, 블루레이(Blu-ray) 또는 DVD 등의 광디스크가 재생 가능한 플레이어(player)와 같이, 데이터의 송수신 또는 중계가 가능한 장치 또는 스테이션이라면 본 발명의 신호공급원에 포함될 수 있다.
전자장치(1)에서 수신되는 신호의 규격은 그 구현 형태에 대응하여 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 예를 들면, HDMI, 컴포지트(composite) 비디오, 컴포넌트(component) 비디오, 슈퍼 비디오(super video), SCART, 규격 등에 의하여 유선으로 영상신호를 수신할 수 있다. 또한, 전자장치(1)는 와이파이(Wi-Fi), 와이파이 다이렉트(Wi-Fi direct), 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 통신을 통해 무선으로 영상신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이장치로 구현된 전자장치(1)는 스마트 TV 또는 IP TV(Internet Protocol TV)로 동작 가능하다. 스마트 TV는 실시간으로 방송신호를 수신하여 표시할 수 있고, 웹 브라우징 기능을 가지고 있어 실시간 방송신호의 표시와 동시에 인터넷을 통하여 다양한 컨텐츠 검색 및 소비가 가능하고 이를 위하여 편리한 사용자 환경을 제공할 수 있는 텔레비전이다. 또한, 스마트 TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 포함하고 있어 사용자에게 양방향 서비스를 제공할 수 있다. 따라서, 스마트 TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 통하여 다양한 컨텐츠, 예를 들어 소정의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 사용자에게 제공할 수 있다. 이러한 어플리케이션은 다양한 종류의 서비스를 제공할 수 있는 응용 프로그램으로서, 예를 들어 SNS, 금융, 뉴스, 날씨, 지도, 음악, 영화, 게임, 전자 책 등의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 포함한다.
그러나, 본 발명에서 전자장치(1)는 TV와 같은 디스플레이장치에 한정되는 것은 아니며, AC 전원을 입력받아 동작을 수행할 수 있는 장치라면, 본 발명의 전자장치에 포함된다. 즉, 전자장치(1)는, 예를 들어 랩탑(laptop) 또는 데스크탑(desktop)을 포함하는 컴퓨터(PC) 장치(또는 컴퓨터 본체와 연결된 모니터)나, 각종 가전기기 등의 다양한 형태의 장치가 될 수 있을 것이다.
본 발명 실시예에 따른 전자장치(1)에서, 전원회로(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1전압변환부(100), 역률보상부(200), 제2전압변환부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 구성을 도시한 블록도이다.
제1전압변환부(100)는 입력전원(AC 전원)에 기초하여 제1전압을 출력한다.
제1전압변환부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 정류부(110), AC-AC 변압기(120) 및 변압기 제어부(130)를 포함한다.
정류부(110)는 입력전원, 즉, AC 전원을 정류하여 AC-AC 변압기(120)로 출력한다. 일 실시예에서 정류부(110)는 복수의 다이오드로 구성되어, 입력전원을 전파정류하는 브릿지 다이오드(bridge diode) 회로로 구현될 수 있다.
AC-AC 변압기(120)는 정류부(110)로부터 전파정류된 전원을 수신하며, 1차측으로부터 2차측으로 전력을 전달하는 트랜스포머(transformer)를 구성한다. 정류부(110)에서 전파정류된 AC 전원은 AC-AC 변압기(120)를 통해 절연된 전파정류전압으로 생성된다.
상기와 같이 정류부(110) 및 AC-AC 변압기(120)를 통해 생성되어 역률보상부(200)로 출력되는 전압이, 제1전압변환부(100)로부터 출력되는 제1전압이 된다.
일 실시예에서, AC-AC 변압기(120)는 고주파 트랜스포머로 구현된다.
일 실시예에서, AC-AC 변압기(120)는 복수의 FET(field effect transistor)로 구성된 풀 브릿지(Full bridge) 컨버터로 구현될 수 있다. 하지만, 그 구현형태가 풀 브릿지 형태에 한정되는 것은 아니며, 트랜스포머를 사용하는 모든 컨버터가 본 발명의 AC-AC 변압기(120)에 적용 가능하다.
일 실시예에서, AC-AC 변압기(120)는 1차측 또는 2차측에 탭이 마련되고, 탭에 연결된 스위치(예를 들면, 도 7의 141)의 동작에 의해 트랜스포머 턴비를 변경할 수 있도록 마련된다. 상기한 스위치(141)는, 도 2에 도시된 전압이득조정부(140)의 구현 일례가 된다. 전압이득조정부(140)에 의해 트랜스포머 턴비가 변경되는 실시예는 후술하는 전압이득조정부(140)의 동작과 관련하여 상세하게 설명하기로 한다.
변압기 제어부(130)는 AC-AC 변압기(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 변압기 제어부(130)는 역률보상부(200)로부터 전압을 피드백받아, AC-AC 변압기(120)의 FET에 인가되는 듀티(duty) 또는 동작주파수 중 적어도 하나를 변경함으로써, AC-AC 변압기(120)의 출력전압이 가변 즉, 저감되도록 제어할 수 있다.
본 발명 일 실시예에 따른 변압기 제어부(130)는 전자소자(21, 22)를 포함하는 동작부(20)의 전력 소모가 미리 설정된 소정치 이하인 경우, 제어부(400)에 의해 레벨이 변경된 전압을 피드백 받고, 변경된 피드백 전압에 대응하여 AC-AC 변압기(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 변압기 제어부(130)는 변경된 피드백 전압에 대응하여 AC-AC 변압기(120)로부터 출력되는 제1전압을 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하도록 제어한다. 여기서, 제2전압에 대응하는 레벨은, 역률 보상 동작을 수행한 역률보상부(200)로부터 출력되는 전압의 레벨이 된다.
본 발명에서는, 전력 소모가 소정치 이하인 경우를 경부하라고 하며, 이와 대비하여 TV와 같은 전자장치(1)가 방송 등의 영상신호를 처리하여 디스플레이하는 일반적인 동작을 수행하는 경우를 일반부하 또는 중부하 라고 한다. TV에서 날씨, 시간, 뉴스 등 생활 정보를 실시간으로 제공하거나 그림·사진 등의 콘텐츠를 배경음악과 함께 재생(갤러리모드, 액자모드, 또는 매직스크린), 또는 IoT 기기를 동작시키는 앰비언트 모드(ambient mode)는 경부하의 일례가 된다.
역률보상부(PFC, power factor corrector)(200)는 제1전압변환부(100)로부터 수신된 제1전압의 역률보상 동작을 수행하여 제2전압을 출력한다.
일 실시예에서, 역률보상부(200)는 강압형 PFC 회로로 설계될 수 있으며, 예를 들면 PWM 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 FET를 포함하는 벅(buck) PFC 컨버터 또는 세픽(SEPIC) PFC 컨버터로 구현될 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 역률보상부(200)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력된 제1전압이 역률보상부(200)를 바이패스(bypass)하여 출력하도록 하는 바이패스부(210)가 마련된다.
바이패스부(210)는 제1전압변환부(100)와 제2전압변환부 간을 선택적으로 연결할 수 있는 스위치를 포함하며, 바이패스부(210)가 구현되는 구체적인 실시예는 도 10 및 도 11에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 실시예에서 바이패스부(210)에 의해 역률보상부(200)가 오프 즉, 바이패스 모드로 설정되면, 제1전압변환부(100)로부터 출력된 제1전압(제2전압에 대응하는 레벨로 저감된 제1 전압)이 역률보상부(200)를 그대로 통과하여 제2전압변환부(300)로 출력된다.
역률보상부(200)가 전압을 바이패스 하게 되면, 전원회로(10)의 전압변환 단계가 하나 감소됨으로써, 전체 시스템 효율이 향상될 수 있다. 본 발명 실시예에서는, 전자장치(1)가 역률 규제에 의한 제한을 받지 않는 경부하로 동작하는 경우, 역률보상부(200)가 바이패스 모드로 설정되도록 한다.
제2전압변환부(300)는 역률보상부(200)로부터 수신한 제1전압 또는 제2전압의 레벨을 조정한 제3전압을 동작부(20) 에 출력한다.
일 실시예에서 제2전압변환부(300)는 제2전원을 제3전원으로 변환하여 부하 즉, 전자소자(21, 22)를 포함하는 동작부(20)로 안정적으로 제공하는 SMPS(switched mode power supply) 또는 DC-DC 컨버터를 포함하는 회로로서 구현될 수 있다.
제어부(400)는 전자장치(1)의 전자소자(21, 22)를 포함하는 동작부(20)의 전력 소모가 소정치 이하인 경부하로 동작하는 경우, 제1전압변환부(100)와 역률보상부(200)에 제어신호를 출력한다. 이하에서는, 경부하 동작 시, 제어부(400)로부터 제1전압변환부(100) 또는 역률보상부(200)로 출력되는 제어신호를 경부하신호 라고도 한다.
제어부(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 감지부(410)와 전압조정부(420)를 포함한다.
감지부(410)는 전자장치(1)가 경부하로 동작하는 것을 감지한다.
일 실시예에서 감지부(410)는 부하 즉, 전자소자(21, 22)를 포함하는 동작부(20)의 전력 소모가 소정치 이하인 것을 감지하는 부하감지회로로 구현된다.
다른 실시예에서 감지부(410)는 경부하 동작에 대응하는 모드신호를 예를 들면, 프로세서(22) 등으로부터 수신할 수 있다. 이 경우, 디스플레이(21)와 같은 전자소자를 포함하는 동작부(20)의 전력레벨을 감지할 필요 없이, 경부하 동작여부를 쉽게 인지할 수 있다.
전압조정부(420)는 경부하신호에 따라 변압기 제어부(130)로 레벨 조정된 피드백 전압이 제공되도록 함으로써, 변압기 제어부(130)가 AC-AC 변압기(120)의 출력전압을 가변하도록 한다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로가 구현된 일례를 도시한 도면이다.
본 발명 일 실시예에 따른 전원회로(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, AC 전원을 입력받는 어댑터(Adaptor)와, 전자장치(1) 본체의 전원보드(Power board)에 각 구성들이 나누어 마련되며, 어댑터와 전원보드는 케이블에 의해 연결된다. 본 발명 실시예에서 케이블의 종류는 한정되지 않으며, 전선이나 광케이블 등 전력 및 제어신호가 전달 가능한 형태로 구현된다.
도 3에 도시된 일 실시예의 전원회로(10)에서는, 정류부(110), AC-AC 변압기(120), 변압기 제어부(130), 전압이득조정부(140) 및 전압조정부(420)가 어댑터에 마련되고, 역률보상부(210), 제2전압변환부(300) 및 감지부(410)가 전원보드에 마련된다.
즉, 도 3의 전원회로(10)는, 발열이 심하고 부피가 상대적으로 큰 역률 역률보상부(200)를 사이즈, 온도 등에 따른 설계 제한을 받는 어댑터가 아니라, 전원회로에 구비할 수 있는 장점을 갖는다.
일 실시예에서 감지부(410)는 케이블을 통해 제어신호를 전압조정부(420)와 전압이득조정부(430)로 출력한다. 그러나, 어댑터와 전원보드 간의 신호전달 수단은 케이블에 한정되지 않으며, 예를 들어 와이파이, 블루투스 등의 무선통신에 의해 신호를 송수신할 수도 있을 것이다.
도 4 내지 6은 본 발명 실시예에 따른 전압조정부를 도시한 회로도들이다.
일 실시예에서, 전압조정부(420)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 경부하신호에 대응하여 임피던스를 변경하는 임피던스 변환기(421)와, 변경된 임피던스값을 피드백전압으로 센싱하는 전압센싱부(422)를 포함한다.
임피던스 변환기(420)는 감지부(420)로부터 경부하신호를 수신하며, 경부하신호는 하이(high) 또는 로(low) 신호 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 도 5의 임피던스 변환기(421)에서, 스위치 블록은 수신하는 경부하신호의 액티브(active) 하이(high) / 로(low) 동작 여부에 대응하여 다양한 형태의 FET와 BJT의 조합으로 구현될 수 있다.
전압센싱부(422)는 임피던스 변환기(421)로부터 변경된 임피던스에 대응하여 센싱전압을 수신하는 IC(integrated circuit)와 같은 전자소자와, 수신된 센싱전압에 대응하여 신호를 전달 가능하도록 발광부 및 수신부로 구성된 포토커플러의 조합으로 구현될 수 있다.
도 5는 도 4의 임피던스 변환기(421)의 회로도의 예를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 임피던스 변환기(421)는 전압 분배 원리를 이용하여 전압센싱부(422)의 임피던스 값을 변경하는 다양한 형태의 임피던스 변경회로로 구현될 수 있다.
도 5의 (a) 회로를 예로 들면, 전자장치(1)가 경부하가 아닌 일반부하로 동작하는 경우, 저항 Rc와 병렬 연결된 스위치가 온(ON) 되면서, Ra, Rb간 전압 분배 원리에 의해 PFC 입력전압(VPFC _IN) 즉, AC-AC 변압기 출력전압(VAC -AC_out)이 아래 수학식 1과 같이 결정되어, 일반적으로 높은 전압 피크(peak)를 가지는 VPFC _ IN 으로 동작한다.
Figure PCTKR2019008577-appb-M000001
여기서, Vref 는 전압센싱부(422)의 기준전압으로, 도 4의 임피던스 변환기(421)로부터 센싱전압을 수신하는 전자소자의 내부 기준전압(예를 들면, 비교기 또는 OP AMP의 기준전압)인 것을 일례로 한다.
감지부(410)로부터 경부하신호가 입력되면, 저항 Rc와 병렬 연결된 스위치가 오프(OFF) 되면서, Ra, Rb, Rc 간 전압분배 원리에 의해 PFC 입력전압(VPFC _IN) 즉, AC-AC 변압기 출력전압(VAC -AC_out)이 아래 수학식 2와 같이 결정된다. 이 때, Rc의 저항값에 의해 PFC 입력전압이 보다 낮은 일반동작 상태의 PFC 출력전압과 같은 값으로 변경 가능하다.
Figure PCTKR2019008577-appb-M000002
상기와 같이, 경부하 동작 시, 임피던스 변환기(421)에 의해 전압센싱부(422)의 센싱전압이 변경됨에 따라, 전압센싱부(422)에 의해 낮은 레벨의 피드백전압이 변압기 제어부(130)로 피드백된다.
변압기 제어부(130)는 변경된 피드백전압을 수신하여, AC-AC 변압기(120)의 FET에 인가되는 시비율 즉, 듀티비(duty rate) 또는 동작주파수를 변경함으로써, AC-AC 변압기(120)의 출력전압이 가변되도록 제어한다. 그에 따라, AC-AC 변압기에 별도의 추가되는 구성없이 전압레벨에 대한 제어가 가능하게 된다.
한편, 다른 실시예로서, 변압기 제어부(130)가 트랜스포머 1차측이 아닌, 2차측에 마련된 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 변압기 제어부(130)로부터 게이트 구동부(gate driver)(131)로 제어신호가 전달되고, 게이트 구동부(131)에 의해 AC-AC 변압기(120)의 FET에 인가되는 시비율 또는 동작주파수를 변경 제어할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명 실시예의 전원회로(10)에서는, 경부하 동작 시 변압기 제어부(130)가 AC-AC 변압기(120)의 FET에 인가되는 시비율 또는 동작주파수를 변경하는 방식으로, AC-AC 변압기(120)의 출력전압이 가변된다. 그런데, 전압 가변범위가 매우 넓은 경우, 매우 큰 전압 이득 폭을 가지도록 AC-AC 변압기(120)를 설계할 필요가 있다. 상기와 같이 매우 큰 전압 이득 폭을 가지도록 설계되는 경우, 이는 AC-AC 변압기(120) 회로 자체의 효율을 크게 저하시키는 다른 문제점을 야기하게 된다.
이를 해소할 수 있도록, 본 발명 일 실시예에 따른 전원회로(10)에는 AC-AC 변압기(120)의 트랜스포머 턴비를 변경함으로써, 전압이득 제어가 가능한 전압이득조정부(140)가 더 마련된다.
도 7 내지 도 9는 본 발명 실시예들에 따라 전압이득조정부가 마련된 회로도를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전압이득조정부(140)는 AC-AC 변압기(120)의 내부에 마련된 스위치(141, 142)를 포함하며, 스위치(141, 142)는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측에 마련된 탭에 연결된다.
일반적으로, 트랜스포머를 사용하는 컨버터의 전압이득은 아래 수학식 3과 같이 트랜스포머의 권선비, 듀티 및 주파수의 함수로 나타낸다. 따라서, 트랜스포머 턴 비를 변경하는 경우, AC-AC 변압기(120)의 듀티 및 동작주파수를 변경하지 않고도, 출력전압의 레벨을 크게 변동시킬 수 있게 된다.
Figure PCTKR2019008577-appb-M000003
예를 들어, 도 7과 같이 2차측 권선에 탭이 마련된 경우, 경부하 동작시 스위치(141)의 스위칭 동작에 응답하여, 2차측 권선의 일단으로부터 탭까지의 권선(NS1)의 감은 수에 대응하는 2차측 권선의 일부가 구동된다.
같은 방식으로, 도 8에서도 경부하신호에 연동하여 스위치(142)를 동작시킴으로써, 트랜스포머의 턴 비를 변경할 수 있다.
상기와 같이 트랜스포머의 턴 비를 변경하면, 특정 듀티 및 동작주파수로 동작하는 고효율 AC-AC 변압기의 설계가 가능하다.
도 7 및 도 8에서 설명한 전압이득조정부(140)는 탭의 위치, 1차측 또는 2차측 권선의 감은 수 등에 따라 1/3 과 같이 전압이득 변환 비율이 다양하게 선택 가능하다.
한편, 다른 실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, AC-AC 변압기(120)의 토폴로지 변경에 의해 전압이득 조정부(140)를 구현할 수 있다.
구체적으로, AC-AC 변압기(120)는 일반부하에서는 풀 브릿지로 동작한다. 경부하 동작 시 PWM 제어신호를 변경하여 각각의 FET를 온 또는 오프시킴으로써 AC-AC 변압기(120)가 하프 브릿지로 동작한다.
도 9와 같이, AC-AC 변압기(120)의 토폴로지를 변경함으로써 전압 이득을 조정하는 실시예에서는, 전압이득 변환 비율이 1/2로 고정되기 때문에, 원하는 레벨로 전압을 가변하기 위해서는, 변압기 제어부(130)에 의한 듀티 또는 동작주파수 제어가 추가적으로 수행될 수 있다.
이렇게 전압이득조정부(140)가 마련되는 경우, AC-AC 변압기의 동작주파수 또는 듀티제어 뿐 아니라 전압이득까지 제어함으로써, AC-AC 변압기 출력전압의 가변범위가 매우 넓더라도 회로 자체의 효율이 저하되지 않는다.
상기와 같이, 전압조정부(420) 또는 전압이득조정부(140)의 동작에 의해, AC-AC 변압기(120)의 전압이 가변되는 경부하 구간에서는, 역률보상부(200)의 동작이 중단되고, AC-AC 변압기(120)의 출력전압(VAC -AC_out)이 바이패스부(210)를 통해 입력 후 그대로 바이패스되어 출력된다.
도 10과 도 11은 본 발명 실시예에 따라 바이패스부를 포함하는 역률보상부를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 역률보상부(200)가 벅(buck) PFC 컨버터로 구현된 경우, PWM 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 FET 스위치(211)가 바이패스부(210)의 역할을 수행한다.
구체적으로, 도 10과 같이, 역률보상부(200)가 강압형 PFC인 경우, 일반부하에서는 전력의 레벨(피크전압)이 감소되어 출력된다. 전자장치(1)가 경부하로 동작하면, 도 10과 같이, FET 스위치(211)가 온 된다. 여기서, 역률보상부(200)에는 PWM 제어신호를 출력하는 PFC 제어부 즉, PFC IC(도 12의 220)가 마련되어, 경부하 동작 시 감지부(410)로부터 PFC 제어부(220)로 경부하신호가 출력되고, 이를 수신한 PFC 제어부(220)가 FET 스위치(211)를 온 시킬 수 있다.
그에 따라, FET 스위치(211)를 따라 바이패스 경로가 생성되어, AC-AC 변압기(120)로부터 수신된 입력전압(VPFC _IN)이 레벨변경 없이 그대로 출력되는 것을 확인할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 역률보상부(200)가 세픽(SEPIC) PFC 컨버터로 구현된 경우, FET 스위치(222) 외에, 바이패스부(210)의 역할을 수행하는 스위치(212)가 추가된다. 즉, 일 실시예에서 역률보상부(200)는 릴레이 및 FET의 조합에 의한 바이패스부(210)를 구성할 수 있다. 그에 따라, 간단한 회로 구성에 의해 PFC를 선택적으로 바이패스하도록 제어할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 11과 같이, 역률보상부(200)가 강압형 PFC인 경우, 일반부하에서는 전력의 레벨(피크전압)이 감소되어 출력된다. 전자장치(1)가 경부하로 동작하면, 도 11과 같이, 감지부(410)로부터 제어신호를 수신하여 스위치(212)가 온 되면, 그를 따라 바이패스 경로가 생성되어, AC-AC 변압기(120)로부터 수신된 입력전압(VPFC_IN)이 레벨변경 없이 그대로 출력되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 역률보상부(200)에는 PWM 제어신호를 출력하는 PFC 제어부 즉, PFC IC(220)가 마련되어, 경부하 동작 시 감지부(410)로부터 PFC 제어부(220)로 경부하신호가 출력되고, 이를 수신한 PFC 제어부(220)가 FET 스위치(222)를 오프 시킬 수 있다. FET 스위치(222)가 오프되면, 역률보상부(200)는 그 역률 보상 동작을 중단하고, 스위치(212)에 의해 형성된 바이패스 경로를 따라 바이패스 모드로 동작하게 된다.
이하에서, 바이패스 스위치라는 용어는 FET 스위치(211) 또는 릴레이 스위치(212)를 지칭하는 것으로 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에서 역률보상부(200)의 구현 형태가 도 10 또는 도 11에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니므로, 다양한 형태의 컨버터로 구현 가능하며, 그 형태에 대응하여 바이패스 스위치가 구비될 것이다. 예를 들어, 도 11과 같이 스위치(212)를 추가하는 방식은 세픽 PFC 컨버터뿐 아니라, 모든 토폴로지에 적용 가능하다.
도 12는 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 회로도를 도시한 것이고, 도 13은 도 12의 전원회로가 정상부하 동작 시 등가회로를 도시한 회로도이고, 도 14는 도 12의 전원회로가 경부하 동작 시 등가회로를 도시한 회로도이다.
도 15와 도 16은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로의 동작에 따른 신호를 도시한 그래프이다.
본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원회로(10)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 입력전원(AC 전원)을 수신하여 전파정류하는 정류부(110), 정류부(110)로부터 전파정류된 전원을 수신하여 변압기 제어부(130)의 제어에 따라 전원을 전달하는 AC-AC 변압기(120)를 포함한다. 정류부(110)와 AC-AC 변압기(120)는 도 1에서 설명한 제1전압변환부(100)에 포함된다.
변압기 제어부(130)는 전압조정부(420)로부터 피드백 전압을 수신하고, 그에 대응하여 AC-AC 변압기(120)의 각 FET 게이트에 제어신호를 출력함으로써, AC-AC 변압기(120)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 전자장치(1)가 일반부하로 동작하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 정류부(910)로부터 피크전압이 127~374V인 AC 전압이 AC-AC 변압기(120)로 입력되고, AC-AC 변압기(120)는 변압기 제어부(130)의 제어에 따라 피크전압이 350V인 제1전압을 출력한다. AC-AC 변압기(120)의 출력전압은 전압조정부(420)를 통해 변압기제어부(130)로 피드백된다.
상기와 같은 제어과정을 통해 AC-AC 변압기(120)로부터 출력되는 제1전압(VAC-AC_out)은, 입력전압(VPFC _IN)으로서 역률보상부(200)로 입력된다.
역률보상부(200)는 AC-AC 변압기(120)로부터 수신된 제1전압의 역률 보상 동작을 수행하여 제2전압을 출력한다. 전자장치(1)가 일반부하로 동작하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1전압이 역률보상된 DC 100V가 제2전압으로서 역률보상부(200)로부터 출력된다.
역률보상부(200)로부터 출력된 제2전압은, 도 1에 도시된 제2전압변환부(300)에 의해 그 레벨이 조정된 제3전압으로서 부하 즉, 전자소자(21, 22) 를 포함하는 동작부(20)로 출력되게 된다. 이에, 경부하 구간에서도 디스플레이와 같은 전자소자를 포함하는 동작부(20)가 안정적으로 동작전압을 공급받을 수 있게 된다.
전원회로(10)의 AC-AC 변압기(120)에는, 도 12에 도시된 바와 같이, 경부하 시 바이패스 경로를 제공하기 위한 바이패스 스위치(212)가 더 마련될 수 있다.
본 발명 일 실시예에 따른 전자장치(1)에서, 전원회로(10)의 AC-AC 변압기(120)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 턴비를 변경함으로써 전압이득을 제어할 수 있는 전압이득조정부(140)로서 마련된 스위치(141)를 더 포함할 수 있다. 도 12는 스위치(141)가 트랜스포머 2차측 탭에 연결 가능한 형태로 구현된 것을 예로 들어 도시한 것이다.
이하, 경부하 동작 시 전원회로(10)의 동작에 대해 설명한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 감지부(410)는 전자장치(1)가 경부하로 동작하는 것을 감지하면, 전압조정부(420) 및 전압이득조정부(140)에 경부하신호(제1신호)를 출력한다. 출력되는 경부하신호는 그 회로의 설계에 따라 하이 또는 로 신호 중 어느 하나일 수 있으며, 도 15와 도 16은 경부하신호가 하이 인 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
전압조정부(420)의 임피던스 변환기(421)는, 도 5의 (a)에서 설명한 바와 같이, 경부하신호를 수신하여 스위치 블록(SW)이 오프되면서, Ra, Rb, Rc 간 전압분배 원리에 의해 전압센싱부(422)의 센싱전압이 변경 즉, 감소되어 변압기제어부(130)로 피드백된다.
일 실시예에서, 변압기제어부(130)는 변경된 피드백전압에 대응하여 AC-AC 변압기(120)의 FET의 동작주파수 또는 듀티를 제어함으로써, 도 14와 같이 피크전압이 100V로 감소된 제1전압이 AC-AC 변압기(120)로부터 출력된다.
다른 실시예에서, AC-AC 변압기(120)의 2차측 탭에 연결된 바이패스 스위치(141)는 경부하신호를 수신하여 스위칭 동작을 수행하여, 2차측 권선의 일단으로부터 탭까지의 권선(NS1)의 감은 수에 대응하는 2차측 권선의 일부가 구동됨으로써, 도 14와 같이 피크전압이 100V로 감소된 제1전압이 AC-AC 변압기(120)로부터 출력된다.
상기와 같이 경부하 동작 시 AC-AC 변압기(120)에서 출력되는 전압의 레벨은, 정상부하에서 역률보상부(200)에 의해 출력되는 제2전압의 레벨에 대응한다. 즉, 경부하에서는 AC-AC 변압기(120)로부터 출력되는 제1전압이 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하여 출력되는 것을 확인할 수 있다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 제1신호가 전압조정부(420) 및 전압이득보정부(140)로 출력되면, AC-AC 변압기(120)로부터 역률보상부(200)로 출력되는 전압(VPFC_IN)의 레벨이 350V에서 100V까지 점차로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 감지부(410)는 전자장치(1)가 경부하로 동작하는 것을 감지하면, 역률보상부(200)로 경부하신호(제2신호)를 출력한다. 여기서, 감지부(410)는 역률보상부(200)의 PFC 제어부(220)와 바이패스 스위치(212)에 각각 신호를 출력할 수 있다.
여기서, 제2신호는 동작의 안정성을 위해 제1신호가 출력된 후 전압(VPFC_IN)가 충분히 낮은 레벨로 감소된 이후에 출력되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 감지부(410)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1신호를 출력한 이후 기설정된 시간(t1)이 경과하면 제2신호를 출력할 수 있다.
다른 실시예에서 감지부(410)는, 제1신호를 출력한 이후 AC-AC 변압기(120)로부터 출력되는 전압(VPFC _IN)의 레벨을 모니터링하고, 도 16에 도시된 바와 같이 VPFC_IN 피크전압이 일정 레벨 이하로 떨어지는 t2 가 경과된 시점에, 제2신호를 출력할 수 있다.
감지부(410)로부터 제2신호가 역률보상부(200)로 출력되면, 도 14에 도시된 바와 같이, 바이패스 스위치(212)가 연결되고, PFC 제어부(220)가 FET 스위치(222)를 오프시켜 역률보상부(200)는 동작을 수행하지 않는다.
즉, 역률보상부(200)는, 도 14와 같이, AC-AC 변압기(120)로부터 피크전압 100V로 감소된 제1전압을 수신하여, 수신된 제1전압이 바이패스 스위치(212)에 의해 형성된 바이패스 경로를 통해 그대로 출력된다. 그에 따라, 전력 소모가 낮은 경부하 구간에서는 PFC의 동작을 수행하지 않고 전압을 바이패스 시켜도 안정적인 동작이 가능하게 된다.
이하, 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원제어방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 17은 본 발명 일 실시예에 따른 전자장치의 전원제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 전자장치(1)는 TV가 방송과 같은 영상신호를 처리하여 디스플레이하는 것과 같은 일반부하(중부하)로 동작한다(710).
전자장치(1)의 전원회로(10)는, 전자장치(1)가 경부하로 동작하는 것을 감지한다(720). 여기서, 전원회로(10)는 감지부(410)에 의해 경부하 동작을 감지할 수 있으며, 감지부(410)는 부하 즉, 전자소자(21, 22) 를 포함하는 동작부(20)의 전력소모가 소정치 이하가 되는 곳을 감지하거나, 경부하 동작에 대응하는 모드신호를 수신하는 방식으로 경부하 동작을 감지할 수 있다.
단계 720에서 경부하로 동작하는 것이 감지되면, 감지부(420)는 전압조정부(420)로 제1신호(경부하신호)를 출력한다(730). 여기서, 감지부(420)는 전압이득조정부(140)로 제1신호를 더 출력할 수 있다.
단계 730에서 제1신호가 출력되면, 변압기 제어부(130)의 피드백 전압이 변경되어 AC-AC 변압기(120)의 동작주파수 또는 듀티 제어가 이루어지거나, 또는 AC-AC 변압기(120)의 트랜스포머 턴 비가 변경됨으로써, AC-AC 변압기(120)로부터 역률보상부(200)로 출력되는 전압이 조정 즉, 감소된다(740).
감지부(420)는 역률보상부(200)로 제2신호(경부하신호)를 출력한다(750). 여기서, 감지부(420)는 단계 730의 제1신호의 출력 후 기설정된 시간이 경과되거나, AC-AC 변압기(120) 출력전압의 레벨을 모니터링하여 특정 레벨 이하로 감소된 것이 확인되면 제2신호를 출력할 수 있다.
단계 750에서 제2신호를 수신한 역률보상부(200)는 바이패스로 동작하며, 이 경우 단계 740에서 감소된 전압이 역률보상부(200)를 바이패스하여 출력된다(760). 따라서, 역률보상부(200)가 강압형 PFC 회로로서 출력단에 연결된 소자들이 낮은 전압 레이트에 맞춰 설계된 경우라도 전체 전원회로(10)의 동작에 문제가 발생되지 않게 된다.
상기와 같은 단계 750 및 760에 의해, 전압레벨이 충분히 낮아진 이후 PFC가 바이패스되게 제어되므로, 동작의 안정성이 유지될 수 있다. 특히, 전압레벨을 모니터링하여 충분히 낮아진 것이 확인되면 이후 PFC를 바이패스하도록 제어하는 경우, 그 동작의 안정성이 보다 향상된다.
이상, 바람직한 실시예들을 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

Claims (14)

  1. 전자장치에 있어서,
    동작부; 및
    상기 동작부에 전력을 공급하는 전원회로를 포함하며,
    상기 전원회로는,
    입력전원에 기초하여 제1전압을 출력하는 제1전압변환부 및 상기 제1전압의 역률 보상 동작을 수행하여 제2전압을 출력하는 역률보상부를 포함하고, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압에 기초하여 상기 동작부에 전력을 공급하며,
    상기 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우, 상기 역률보상부의 동작을 중단시키고, 상기 제1전압을 상기 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하여, 상기 저감된 제1전압에 기초하여 상기 동작부에 전력을 공급하는 전자장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원회로는,
    상기 제1전압 또는 상기 제2전압의 레벨을 조정한 제3전압을 상기 동작부에 출력하는 제2전압변환부를 더 포함하는 전자장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 역률보상부는,
    상기 역률보상부를 바이패스하여, 상기 제1전압변환부와, 상기 제2전압변환부 간을 선택적으로 연결할 수 있는 바이패스부를 포함하는 전자장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우, 상기 제1전압이 상기 제2전압에 대응하는 레벨로 저감되도록 상기 제1전압변환부를 제어하고, 상기 제1전압이 상기 제2전압변환부에 전달되도록 상기 바이패스부를 연결하는 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하는 전자장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1전압변환부는,
    상기 제1전압을 출력하는 AC-AC 변압기; 및 상기 AC-AC 변압기의 출력전압을 피드백하여 상기 AC-AC 변압기의 동작을 제어하는 변압기제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 경우 제1신호를 출력하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 수신되는 제1신호에 기초하여 상기 변압기제어부로 피드백되는 전압을 조정하는 전압조정부를 포함하는 전자장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압조정부는,
    상기 감지부로부터 수신되는 제1신호에 대응하여 동작하는 스위치 및 복수의 저항을 포함하는 임피던스 변환기를 포함하며,
    상기 스위치의 동작에 따라 상기 임피던스 변환기의 임피던스를 변경하여 상기 변압기제어부로 피드백되는 전압이 조정되는 전자장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변압기 제어부는,
    상기 피드백되는 전압의 조정에 대응하여 상기 AC-AC 변압기의 동작주파수 또는 듀티비를 제어하여, 상기 제1전압을 상기 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하도록 상기 AC-AC 변압기를 제어하는 전자장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 AC-AC 변압기는,
    1차측 또는 2차측에 탭이 마련되고, 상기 탭에 연결되며 상기 감지부로부터 수신되는 제1신호에 따라 동작하는 스위치를 포함하며,
    상기 스위치의 동작에 대응하여 상기 AC-AC 변압기의 전압이득이 제어되어, 상기 제1전압을 상기 제2전압에 대응하는 레벨로 저감하는 전자장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 제1신호를 출력하고, 기설정된 시간이 경과되면 상기 역률보상부로 제2신호를 더 출력하는 전자장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 AC-AC 변압기의 출력전압을 모니터링하여 상기 AC-AC 변압기로부터 상기 역률제어부로 출력되는 전압이 소정치 이하가 되면, 상기 제2신호를 출력하는 전자장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 바이패스부는 상기 제2신호를 수신하여 온 또는 오프되어 바이패스 경로가 생성되도록 하는 바이패스 스위치를 포함하는 전자장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 경부하에 대응하는 모드신호를 수신하여, 상기 동작부의 전력 소모가 소정치 이하인 것을 감지하는 전자장치.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 AC-AC 변압기 및 상기 전압조정부는 상기 입력전원을 수신하는 어댑터에 마련되고,
    상기 역률보상부는 상기 전자장치 본체에 마련되는 전자장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 역률보상부는, 강압형 역률보상회로를 포함하는 전자장치.
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