KR0120963Y1 - The protecting circuit for output short in switching power supply - Google Patents

The protecting circuit for output short in switching power supply

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KR0120963Y1 KR2019950000818U KR19950000818U KR0120963Y1 KR 0120963 Y1 KR0120963 Y1 KR 0120963Y1 KR 2019950000818 U KR2019950000818 U KR 2019950000818U KR 19950000818 U KR19950000818 U KR 19950000818U KR 0120963 Y1 KR0120963 Y1 KR 0120963Y1
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Abstract

본 고안은 스위칭모드형 전원공급장치(SMPS)의 출력단락 보호회로에 관한 것으로, 출력단자의 단락시 단락피크전류를 검출하는 전류감지부와, 상기 전류감지부에서 출력되는 피크전압을 기준단자전압과 비교하는 비교기(OP)의 출력전압에 의해 스위칭소자를 스위칭 동작하는 비교부와, 상기 비교부의 스위칭소자의 동작에 의해 제어부의 전류제한 조정단자의 전압이 제어되어 안정된 펄스전압을 출력하는 제어부로 구성되어 사용자의 부주의로 인하여 출력단자가 단락될 경우 발생하는 단락피크전류를 제어함으로써 메인스위칭부의 내부부품이 파괴되는 손상을 방지하고 안정성을 높일 수 있음을 특징으로 한다.The present invention relates to an output short circuit protection circuit of a switching mode power supply (SMPS), and includes a current sensing unit for detecting a short-circuit peak current when the output terminal is short-circuited and a peak voltage output from the current sensing unit as a reference terminal voltage. A comparator for switching the switching element by the output voltage of the comparator OP to be compared with the control unit; and a controller for outputting a stable pulse voltage by controlling the voltage of the current limiting adjustment terminal of the controller by the operation of the switching element of the comparator. By controlling the short-circuit peak current generated when the output terminal is short-circuited due to user's carelessness, it is possible to prevent damage to the internal parts of the main switching unit and to increase stability.

Description

스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로Output Short Circuit Protection Circuit of Switching Mode Power Supply

제1도는 본 고안의 실시예의 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로를 나타낸 블럭구성도.1 is a block diagram showing an output short circuit protection circuit of the switching mode power supply of the embodiment of the present invention.

제2도는 제1도의 주요부를 발췌한 블럭도.2 is a block diagram of the main part of FIG.

제3도는 상기 제2도의 회로도.3 is a circuit diagram of FIG.

제4도 (a)(b)는 정상상태 동작과 단락보호부가회로 동작시 전압레벨과 전류파형의 비교선도이다.4 (a) and 4 (b) are comparison diagrams of voltage levels and current waveforms in a steady state operation and a short circuit protection additional circuit operation.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 전류감지부 20 : 비교부10: current detection unit 20: comparison unit

30 : 제어부 40 : 메인스위칭부30: control unit 40: main switching unit

D1 : 다이오드 Q1 : 스위칭소자D1: diode Q1: switching element

CT : 전류트랜스포머 C1 : 캐패시터CT: Current Transformer C1: Capacitor

R1-R9 : 저항R1-R9: resistance

본 고안은 스위칭모드형 전원공급장치(SMPS)의 출력단락 보호회로, 더욱 상세하게는 사용자의 부주의로 인해서 전원공급장치의 출력단자가 단락될 때 발생하는 순간적인 피크전류, 즉 단락전류의 흐름을 제어하여 안전성을 높일 수 있게 한, 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로에 관한 것이다 .The present invention is to control the output short-circuit protection circuit of the switching mode power supply (SMPS), more specifically, the instantaneous peak current, that is, the flow of short-circuit current generated when the output terminal of the power supply is shorted due to user's carelessness. The present invention relates to an output short circuit protection circuit of a switched mode power supply that can increase safety.

일반적으로, SMPS에서 출력단자가 단락될 때 순간적으로 발생하는 피크전류는 메인스위칭부에 매우 큰 용량의 전류를 유기시킴으로써, 각 구성부품을 파괴시키는 치명적인 영향을 주게 된다. 이러한 악영향으로부터 스위칭부의 내부부품을 보호하기 위한 수단으로, 종래에는 전류감지증폭부(Current Sense Amplifier Section)를 구비한 CMCC(Current Mode Control Chip)(예를 들어, 유니트로드사 제품 - Part NO:UC3846)가 사용되었다. 이는 허용전류값이 작은 소용량급의 제품인 경우 어느 정도로 피크전류를 제어하여 메인스위칭부의 부품을 보호하였다.In general, the peak current generated momentarily when the output terminal is shorted in the SMPS has a fatal effect of destroying each component by inducing a very large current in the main switching unit. As a means for protecting the internal parts of the switching unit from such adverse effects, conventionally, a Current Mode Control Chip (CMCC) having a current sense amplifier section (for example, manufactured by Unitroad, Inc.-Part NO: UC3846) ) Was used. This protects the parts of the main switching part by controlling the peak current to a certain extent in case of a small capacity product with a small allowable current value.

그러나, 중용량급 이상의 제품을 적용하여 시험을 해 본 결과, 전류감지 증폭부의 시간지연(Time Delay)으로 인해서 입력측(1차)에 큰 용량의 피크전류가 흘러서 순간적으로 메인스위칭부의 내부부품이 파괴되는 문제점이 발생하였다.However, as a result of testing with a product of medium capacity or higher, a large capacity peak current flows on the input side (primary) due to the time delay of the current sensing amplification part, and the internal parts of the main switching part are momentarily destroyed. A problem occurred.

본 고안은 상기 보호회로의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로, 그 목적은 SMPS의 출력단자가 단락되었을 때 발생하는 피크전류의 제어범위를 넓힐수 있는 출력단락 보호회로를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problem of the protection circuit, and its object is to provide an output short circuit protection circuit that can widen the control range of the peak current generated when the output terminal of the SMPS is short-circuited.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 출력단자의 단락시 1차측에 발생하는 과전류의 치크치를 검출하는 전류감지부와, 상기 전류감지부에서 출력되는 피크전압을 기준단자전압과 비교하는 비교기(OP)의 출력전압에 의해 스위칭소자를 스위칭 동작하는 비교부와, 상기 비교부의 스위칭소자의 동작에 의해 전류제한 조정단자의 전압이 제어되어 안정된 펄스전압을 출력하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a current sensing unit for detecting a cheek value of an overcurrent generated on the primary side when the output terminal is short-circuited, and a comparator for comparing the peak voltage output from the current sensing unit with a reference terminal voltage. And a control unit for switching the switching element by the output voltage of OP) and a control unit for outputting a stable pulse voltage by controlling the voltage of the current limiting adjustment terminal by the operation of the switching element of the comparing unit.

이하, 본 고안의 출력단락 보호회로를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the output short circuit protection circuit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 고안의 실시예의 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로의 블록구성도로서, 입력단(IMPUT)에 연결되어 입력전류를 검출하는 전류감지부(10)와, 입력전압을 요구되는 출력측에 인가하는 메인스위칭부(40)와, 상기 메인스위칭부(40)의 동작에 의해 AC입력전압을 소정의 전압으로 변환하는 트랜스포머(50)와, 상기 트랜스포머(50)의 출력전압을 정류하는 정류부(60)와, 상기 전류부(60)의 출력 전압을 평활하여 시스템에서 요구되는 소정전압으로 출력하는 평활부(70)가 순차적으로 연결되어 있으며, 상기 전류감지부(10)에서 검출되는 전압과 비교기(OP)의 기준단자전압을 비교하여 스위칭소자를 제어하는 비교부(20)와, 상기 비교부(20)와 출력단(OUTPUT)의 전압 제어에 의해 펄스폭을 조정하여 안정된 펄스전압을 상기 메인스위칭부(40)에 출력하는 제어부(30)가 병렬로 연결된 구성이다.1 is a block diagram of an output short circuit protection circuit of a switching mode power supply device according to an embodiment of the present invention, which is connected to an input terminal IMPUT to detect an input current and a current sensing unit 10 that requires an input voltage. A main switching unit 40 applied to the output side, a transformer 50 for converting an AC input voltage into a predetermined voltage by the operation of the main switching unit 40, and a rectifying output voltage of the transformer 50 The rectifier 60 and the smoothing unit 70 for smoothing the output voltage of the current unit 60 and outputting a predetermined voltage required by the system are sequentially connected, and the voltage detected by the current sensing unit 10. And a comparator 20 for controlling the switching element by comparing the reference terminal voltage of the comparator OP and the pulse width by the voltage control of the comparator 20 and the output terminal OUTPUT. Output to the main switching unit 40 The control unit 30 is connected in parallel.

제2도는 상기 제1도의 주요부를 발췌한 블럭도로, 출력단자의 단락시 1차측에 발생하는 피크전류를 검출하는 전류트랜스포머(CT)를 구비한 전류감지부(10)와, 상기의 전류감지부(10)에서 검출된 피크전압을 기준단자전업과 비교하는 비교기(OP)의 출력전압에 의해 스위칭소자(Q1)를 스위칭 제어하는 비교부(20)와, 상기 비교부(20)의 스위칭소자(Q1)의 제어에 의해 전류제한 조정단자의 전압이 제어되어 안정된 펄스전압을 출력하는 제어부(30)로 구성되어 있다.2 is a block diagram of the main part of FIG. 1, which includes a current sensing unit 10 having a current transformer CT for detecting a peak current generated at the primary side when the output terminal is short-circuited, and the current sensing unit described above. A comparator 20 for switching and controlling the switching element Q1 by the output voltage of the comparator OP comparing the peak voltage detected at 10 with the reference terminal full, and the switching element of the comparator 20 ( The control unit 30 outputs a stable pulse voltage by controlling the voltage of the current limiting adjustment terminal under the control of Q1).

제3도는 상기 제2도 회로도로서, 전류감지부(10)의 출력단락시 피크전류가 발생되어 메인스위칭부(40)에 과전류가 유기되는 것을 보호하는 출력단락 보호회로에 관한 것이다.FIG. 3 is a circuit diagram of FIG. 2 and relates to an output short circuit protection circuit that protects the peak current from occurring during the output short circuit of the current sensing unit 10 and induces overcurrent in the main switching unit 40.

즉, 출력단자가 단락될 때 전류감지부(10)에 형성된 CT의 1차측에 검출되는 과도의 피크전류가 2차측으로 유기되어 정류작용을 하는 다이오드(D1)와, 잡음제거용 캐패시터(C1) 및 저항(R9)을 통하여 비교부(20)에 인가된다. 비교부(20)는 상기 전류감지부(10)에서 검출된 피크치전압을 저항(R5)(R8)을 통해 비교기(OP)의 비반전단자(+)에 입력하여 저항(R6)(R7)에 의해 설정된 기준전압(Vref)과 비교하며, 비교기(OP)의 출력전압이 스위칭 동작하는 스위칭소자(Q1)를 통해 제어부(30)에 인가되어 전류제한 조정단자의 전압이 제어되면서 안정된 펄스전압을 메인스위칭부(40)에 출력하는 것이다.That is, when the output terminal is short-circuited, the excessive peak current detected on the primary side of the CT formed in the current sensing unit 10 is induced to the secondary side to rectify, the diode D1, the noise removing capacitor C1, and The resistor R9 is applied to the comparator 20. The comparator 20 inputs the peak value voltage detected by the current sensing unit 10 to the non-inverting terminal (+) of the comparator OP through the resistors R5 and R8 to the resistors R6 and R7. The output voltage of the comparator OP is applied to the controller 30 through the switching element Q1 which is operated by switching. The voltage of the current limiting control terminal is controlled to maintain a stable pulse voltage. It outputs to the switching part 40.

따라서, 상기와 같은 본 고안은 스위칭모드형 전원공급장치에 있어서 출력단자가 단락될 때 발생하는 큰 용량의 피크전류가 전류감지부(10)의 CT에서 검출되어 다이오드(D1)를 통하고, 전류파형에 실려온 잡음은 캐패시터(C1)에 의해 제거된다.Therefore, in the present invention as described above, the peak current of a large capacity generated when the output terminal is short-circuited in the switching mode power supply is detected by the CT of the current sensing unit 10 and passes through the diode D1 to form a current waveform. Noise picked up by is removed by the capacitor C1.

이때 전류감지부(10)에서 검출된 전류파형을 A점(제3도 참조)에서 측정하고, 상기 A점에서 측정된 전압은 저항(R5)와 (R8)에 의해서 비교기(OP)의 비반전단자로 입력하여 이 비교기의 2번핀, 즉 제어부(30)의 레퍼런스전압(Vref)단자의 전압을 저항(R6)과 (R7)로 분압되어 비교기(OP)의 반전단자에 입력되는 B점의 기준전압(여기서 기준전압값은 DC 2.5V)을 상기 비교기(OP)에서 비교한 후 이에 따라 출력된 하이전압을 스위칭소자(Q1)에 스위칭제어신호로서 공급한다.At this time, the current waveform detected by the current sensing unit 10 is measured at point A (see FIG. 3), and the voltage measured at the point A is the non-inverting of the comparator OP by the resistors R5 and R8. Pin 2 of this comparator, that is, the voltage of the reference voltage (Vref) terminal of the control unit 30 is divided by the resistors (R6) and (R7) to reference the point B input to the inverting terminal of the comparator (OP) The voltage (here, the reference voltage value is DC 2.5V) is compared in the comparator OP, and the high voltage thus output is supplied to the switching element Q1 as a switching control signal.

위의 작용에 의해, 스위칭소자(Q1)가 스위칭 ON동작되어 스위칭소자(Q1)의 내부전압이 C점(제3도 참조)에서 약 DC 0.6V의 전위로 저하된 상태에서 제어부(30)의 전류제한 조정단자에 입력됨으로써 제어부(30)는 안정된 펄스전압을 출력함과 동시에 메인스위칭부(40)의 내부부품을 안전하게 보호한다.By the above operation, the switching element Q1 is switched ON to operate the switching element Q1 so that the internal voltage of the switching element Q1 is reduced to a potential of about DC 0.6V at point C (see FIG. 3). The controller 30 outputs a stable pulse voltage while protecting the internal components of the main switching unit 40 by being input to the current limit adjusting terminal.

한편, 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단이 정상적으로 동작하고 있을 경우에는 피크전류가 발생되지 않으므로 비교기(OP)의 비반전단자의 입력되는 전압이 반전단자의 기준전압보다 낮아 비교기(OP)는 로우레벨을 출력한다. 따라서 스위칭소자(Q1)가 스위칭 OFF동작되어 저항(R1)과 (R2)에 의해 분압된 기준전압(Vref)(예를 들어, DC 3V)이 제어부(30)의 전류제한 조정단자에 인가되어 정상적인 출력 펄스전압을 발생하게 된다.On the other hand, since the peak current does not occur when the output terminal of the switching mode power supply is operating normally, the input voltage of the non-inverting terminal of the comparator OP is lower than the reference voltage of the inverting terminal. Outputs Accordingly, the switching element Q1 is switched off and the reference voltage Vref divided by the resistors R1 and R2 (for example, DC 3V) is applied to the current limit adjustment terminal of the control unit 30 so that it is normal. Output pulse voltage is generated.

이때 상기의 스위칭소자(Q1)는 통상의 트랜지스터가 바람직하나, 전계효과 트랜지스터를 사용하는 것도 가능하다.In this case, the switching element Q1 is preferably a conventional transistor, but it is also possible to use a field effect transistor.

제4도는 SMPS장치의 정상동작과 비정상동작시 제어부(30)내의 각각의 전류제한 조정단자의 직류전압레벨과 전류감지증폭부에서 검출된 전류파형을 비교한 선도이다.4 is a diagram comparing the DC voltage level of each current limiting adjustment terminal in the controller 30 and the current waveform detected by the current sensing amplifier in the normal operation and abnormal operation of the SMPS device.

제4도 (a)는 피크전류가 발생되지 않는 정상동작시 상기 제3도의 c점에서 검출된 전류감지증폭부의 파형(b)과 전류제한 조정단자의 직류전압레벨(a)을 나타내며, 제4도는 출력단자의 단락으로 인하여 전류감지증폭부의 전류파형(b')과 피크전류가 발생할때의 직류전압레벨(a')을 비교한 것이다.FIG. 4 (a) shows the waveform (b) of the current sensing amplifier portion detected at point c of FIG. 3 and the DC voltage level (a) of the current limit adjustment terminal in the normal operation in which no peak current is generated. Fig. 1 compares the current waveform b 'of the current sensing amplifier portion due to a short circuit of the output terminal and the DC voltage level a' when the peak current occurs.

여기서, 출력단자의 단락이 발생되는 순간부터 C부분의 전압을 낮추고 제어부(30)의 출력펄스전압을 제어하기까지는 매우 짧은 순간에 이루어짐을 알 수 있다.Here, it can be seen that a very short time is made from the moment when the output terminal short circuit occurs until the voltage of the C portion is lowered and the output pulse voltage of the controller 30 is controlled.

그 이유로서 1차측에서 검출되는 단락전류값이 평균치가 아니고 피크치이기 때문이다.This is because the short-circuit current value detected on the primary side is not an average but a peak value.

SMPS에서 용량별로 출력 과전류 지점을 조정하고자 할 경우에는 저항(R5)와 (R8)의 변화에 의해 히스테리시스(Hysteresis) 이득값을 조정하며, SMPS의 출력 용량에 따라서 저항(R7)에 의해 출력 단락전류값을 조정한다. 캐패시터(C1)는 검출된 전류파형에 유기되는 잡음을 제거하는 잡음제거용이며, 캐패시터(C1)값이 커지면 검출된 전류파형이 완만해지므로 출력단자의 단락시 응답이 늦어질 수 있으므로 아주 작은 값의 캐패시터(C1)를 사용한다.If you want to adjust the output overcurrent point by capacity in the SMPS, adjust the hysteresis gain value by the change of the resistors R5 and R8, and the output short-circuit current by the resistor R7 according to the output capacity of the SMPS. Adjust the value. Capacitor C1 is for noise elimination that removes noise induced in the detected current waveform. If the value of capacitor C1 is increased, the detected current waveform is gentle, so the response may be delayed when the output terminal is shorted. Capacitor C1 is used.

상기와 같은 본 고안은 SMPS의 출력단자가 단락될 경우 발생하는 단락피크전류를 검출하여 상기 비교기와 스위칭소자의 구성과 작용에 의해 제어부의 전류제한 조정단자의 전압을 제어하여 안정된 출력펄스전압을 출력함으로써 메인스위칭부의 내부부품의 손상을 방지하는 효과가 있다.The present invention as described above detects a short-circuit peak current generated when the output terminal of the SMPS is short-circuit, and outputs a stable output pulse voltage by controlling the voltage of the current limiting control terminal of the control unit by the configuration and operation of the comparator and the switching element. It is effective to prevent damage to the internal parts of the main switching unit.

Claims (3)

출력단자의 단락시 발생하는 피크전류를 검출하는 CT(Current Transformer)를 갖춘 전류감지부(10)와, 상기 전류감지부(10)에서 출력되는 피크전압을 기준단자 전압과 비교하는 비교기(OP)와, 그 출력전압에 의해 스위칭 동작되는 스위칭소자(Q1)를 구비한 비교부(20)와, 상기 비교부(20)의 스위칭소자(Q1)의 동작에 의해 전류제한 조정단자의 전압이 제어되어 안정된 펄스전압을 출력하는 제어부(30)를 포함한 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭모드형 전원공급장치의 출력 단락 보호회로.Current sensing unit 10 having a CT (Current Transformer) for detecting the peak current generated when the output terminal is short-circuited, and a comparator (OP) for comparing the peak voltage output from the current sensing unit 10 with a reference terminal voltage And the voltage of the current limiting adjustment terminal is controlled by the operation of the comparator 20 having the switching element Q1 switched by the output voltage and the operation of the switching element Q1 of the comparator 20. Output short circuit protection circuit of a switching mode power supply characterized in that it comprises a control unit for outputting a stable pulse voltage. 제1항에 있어서, 상기 비교부(20)의 스위칭소자(Q1)가 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로.2. The output short circuit protection circuit according to claim 1, wherein the switching element (Q1) of the comparing unit (20) is a transistor. 제1항에 있어서, 상기 비교부(20)의 스위칭소자(Q1)가 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로하는 스위칭모드형 전원공급장치의 출력단락 보호회로.The output short circuit protection circuit according to claim 1, characterized in that the switching element (Q1) of the comparing section (20) is a field effect transistor.
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