KR0132295B1 - 출력전압제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩 - Google Patents

출력전압제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩

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KR0132295B1
KR0132295B1 KR1019890008323A KR890008323A KR0132295B1 KR 0132295 B1 KR0132295 B1 KR 0132295B1 KR 1019890008323 A KR1019890008323 A KR 1019890008323A KR 890008323 A KR890008323 A KR 890008323A KR 0132295 B1 KR0132295 B1 KR 0132295B1
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Abstract

본원 발명은 출력전압 제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩에 있어서, 애벌런치-방지 MOS트랜지스터로서 DC전압을 선택적으로 전도하는 스위칭 트랜지스터와, 5-20%범위의 전압안전마진이 스위치드 파워 팩의 신뢰할 수 있는 연속동작과 상기 애벌런치-방지 MOS트랜지스터의 파괴한도 사이에서 제공되도록 설정된, 상기 스위칭 트랜지스터를 구동하는 수단과, 출력전압을 공급하는 2차 권선을 가지며, 선택적으로 전도된 DC전압을 수신하기 위하여 상기 스위칭 트랜지스터에 접속된 1차 권선을 갖는 변압기로 구성된 출력전압 제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩에 관한 것이다.

Description

출력전압제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩
제1도는 정상상태에서 허용역 전압으로 정상동작하는 스위치드 파워 팩중의 스위칭 트랜지스터의 부하회로에서의 전압곡선의 파형도.
제2도는 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터를 포함하는 본 발명의 스위치드 파워 팩이 회로도.
제3도는 주기적 제한이 주어진 스위치드 파워 팩중의 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터의 드레인-소오스전압의 파형도.
제4도는 완전한 제한이 주어진 스위치드 파워 팩중의 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터의 드레인-소오스전압의 파형도.
제5도는 본 발명의 스위치드 파워 팩을 포함하는 회상장치의 블록 회로도.
본 발명은 일반적으로는 출력전압을 제한하기 위한 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩에 관한 것이며, 보다 상세하게는 DC전압을 변압기의 1차 권선에 주기적으로 접속시키는 스위칭 트랜지스터를 구동시키기 위한 구동수단을 포함하는 장치에 관한 것이며, 여기서 변압기는 정류기 수단에 의해 출력전압이 취해지는 최소한 하나의 2차권선을 갖는다.
스위치드 파워팩에 관한 회로장치는 독일연방공화국 특허출원 공개 제 33 41 074 A1 호에 게재되어 있다. 스위치드 파워 팩의 2차측에서의 과도한 고전압을 방지하기 위하여, 과도한 고전압이 1차측에 나타날때 스위칭 트랜지스터를 주기적으로 억제하는 사이리스터가 구비되어 있다.
스위치드 파워 팩의 출력전압을 제어루프로써 안정화시키는 것은 공지이다. 예컨대, 지멘스의 생산정보 ICs Fuer Die Unterhaltungselektronik, SNTs, ' 87년 8월판에는 스위치드 파워 팩이 변압기의 제어 권선을 통해 일어나는 출력량 또는 편차의 포착이 게재되어 있다. 이것은 또한 광-결합장치의 이용으로도 일어날 수 있다. 스위칭 트랜지스터는 제어수단 및 모니터링 수단에 의해 확인된 출력량 또는 편차에 따라 구동된다.
그러나, 공지된 회로장치의 제어루프가 오동작인 경우, 스위치드 파워 팩의 출력전압은 허용치 이상으로 증가할 수 있다. 20% 내지 40%의 출력전압의 상승이 주어지면, 제어 및 모니터링 수단의 신호처리단은 그들의 전원전압이 보통 재안정화 되기 때문에 재기능을 유지한다. 다시말해서, 전원전압은 조정되어 장치가 동작을 계속 하도록 허용한계내에 유지된다.
스위치드 파워 팩이 텔레비젼 셋트 또는 그외의 수상관 장치용 전원으로 사용될때 이것은 특별한 문제로 대두된다. 특히, 수평 스위프회로(H-Sweep)의 비안정화 공급전압이 이 백분율로 증가할 때, 텔레비젼 셋트의 수상관에서의 고전압도 동일한 비율, 예컨대, 25 내지 35kv로 증가한다. 이때 텔레비젼 화상은 야간 확대되어 보이겠지만 관찰자에게는 선명하게 보이므로, 텔레비젼 셋트는 보통 계속 사용된다. 그러나, 텔레비젼 셋트에 의해 방출되는 X-선의 허용한계치는 위험하게 증가된다. 그러므로 몇몇 국가의 X-선 법규는 텔레비젼 셋트의 수상관에서의 고전압의 증가를 방지하는 믿을만한 회로를 규정하고 있다. 예컨대, 독일연방 공화국에 있어서, 텔레비젼 셋트로부터의 허용 X-방사선의 한계치는 30kv이다.
주된 문제점은 스위치드 파워 팩과 라인출력단의 수평스위프회로에 보통 쌍극성 트랜지스터를 사용하며, 이는 절연내력에 매우 큰 안전마진을 지닌다는 것이다. 예컨대, 스위치드 파워 팩에 사용되는 쌍극성 트랜지스터 BU 508은 약 700 볼트로써 동작되며 90°라인 출력단에 사용되는 쌍극성 트랜지스터는 약 950v로써 동작된다. 쌍극성 트랜지스터 BU 508에 대한 한계 데이타는 1500볼트이며 파괴 한계치는 약 1700볼트 내지 1800볼트에 이르는데, 이는 출력단이 과전압으로 인해 거의 고장나지 않는것을 의미한다. 대신에, 제어전압에 영향을 미치는 오동작이 일어날 경우, 위험하게 높은 출력전압이 파워 팩에 의해 발생되므로, 위험하게 높은 X-방사선 레벨을 초래하는 수상관에서의 과도하게 높은 전압이 일어난다.
본 발명의 목적은 최소한의 비용으로 출력전압의 허용되지 않는 상승이 쉽사리 회피되는 스위치드 파워 팩용 회로장치를 제공되는 것이다.
본 발명의 이런 목적과 그 외의 목적들은, 이 스위치드 파워 팩중의 스위칭 트랜지스터가 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터이며, 스위치드 파워 팩의 신뢰할 수 있는 연속적인 동작과 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터의 파괴한계 사이에 5%내지 20% 전압안전마진이 주어지도록 스위치드 파워 팩을 치수결정하므로써 이루어진다.
본 발명의 스위치드 파워 팩을 이용하므로서, 스위치드 파워 팩의 동작 신뢰도는 100% 전압안전 마진을 갖는 쌍극성 트랜지스터를 이용하거나 또는 40% 전압안전 마진을 갖는 MOS 트랜지스터를 사용한 스위치드 파워 팩보다 더 높거나 또는 최소한 동일하다.
수상관 아크-오버, 뇌유도·과전압, 또는 스위치드 파워 팩에서의 동기화 오동작과 같은 외적영향으로 인해 스위치드 파워 팩에 이전의 극히 높은 역(또는 블로킹)전압 피크가 일어날 수 있다. 본 발명은 예컨대 독일연방공화국 특허출원 공개 제 37 18 912.3 호에 기재된 것과 같은 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터에는 이들 역전압 피크가 무해하다는 사실을 이용한다. 역전압은 파워 제너 다이오드에 대한 것과 동일한 방법으로 확실하게 제한된다. 수 암페어 수준의 전류피크는 그것에 의해 명확히 나타난다. 중요한 사실은 제한효과로써 발생된 전력소모가 애벌랜치-방지 MOS 트랜치스터의 한계치 이상으로 온도를 증가시키지 않는다는 사실이다.
따라서, 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터에 걸린 이전의 전압피크는 전력피크가 킬로볼트-암페어(KVA) 수준일 경우라도 본 발명에 따라 허용가능하다. 이에 반해, 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터의 허용드레인-소오스전압이 매 펄스마다 주기적으로 초과될 경우, 트랜지스터는 매우 급속히 과열되어 일어난 전력소모에 의해 파괴된다.
파괴한계는 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터와 같은 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터의 제너 한계(Zener Iimit)이다. 제어루프의 정지가 일어나는 경우일지라도, 스위치드 파워 팩의 출력전압이 개발에 제공된 5% 내지 20% 이상으로 초과되는 것은 효과적으로 방지된다. 바람직한 개발에 있어서, 안전마진에 대한 10 - 20%의 더 좁은 영역이 제공된다.
본 발명은 구성요소들에 추가의 비용을 들이지 않고 실현될 수 있는 스위치드 파워 팩용 신뢰가능한 보호기구를 나타낸다. 스위치드 파워 팩은 텔레비젼 수상기에 특히 유용하며 오동작시에 고전압이 수상관에 이르는 것을 방지한다. 이것은 그런 고전압이 과도하게 높은 X-선 레벨이 수상관으로 방출되는 결과를 초래할 수 있으므로 중요한 안전가치를 갖는다.
제1도는 정상상태에서 정상동작하는 스위치드 파워 팩내의 스위칭 트랜지스터용 부하회로에서의 대표적인 전압곡선(4)이다. 이 신호는 예컨대, 수상관용 전원에서 발생한다. 쌍극성 트랜지스터가 스위칭 트랜지스터로 이용될 때, 곡선(4)는 쌍극성 트랜지스터의 콜렉터-이미터 전압(UCE)이다. 한편, MOS 트랜지스터가 스위칭 트랜지스터로 사용될 경우, 곡선(4)는 드레인-소오스전압(UDS)를 나타낸다. 스위칭 트랜지스터가 꺼진후에, 제1도에 보인 블랙 콤프레션이 발생한다. 제1도에서 전압레벨(UN)은 정상동작동안, 스위치드 파워 팩의 특정의, 규정된 입력전압에서 스위칭트랜지스터에 걸린 피크역전압 강하를 지칭한다. 220볼트의 교류전압이 스위치드 파워 팩의 입력에 인가될때, 전압(UN)은, 예컨대, 500V 이다.
쌍극성 트랜지스터가 스위치드 파워 팩에서 스위칭 트랜지스터로 이용될 경우, 50% 내지 100%의 전압안전마진이 주어져야 된다. 다시말해서, 허용콜렉터-이미터전압(UCES)는 정상동작동안 쌍극성 트랜지스터에 걸리는 전압(UN)보다 약 50% 내지 100% 더 높게 선택되어야 된다. 이것은 제1도에 예시되어 있다. 쌍극성 트랜지스터가 허용콜렉터-이미터전압(UCES)를 초과하는 이전의 전압피크에 의해서도 파괴 되기 때문에 이 안전마진이 필요하다.
보통의 MOS 트랜지스터는 또한 드레인-소오스전압(US)의 이전의 짧은 상한과도에 의해 즉시 파괴된다. 그러므로 MOS 트랜지스터를 이용한 스위치드 파워 팩의 개발에는, 마찬가지로 높은 전압안전마진이 고려되어야 되다. 정상 MOS 트랜지스터에 대한 전압 안전마진은, 제1도에 보인바와 같이, 정상동작전압(UN)의 약 40% 이다.
본 발명에 따라, 스위치드 파워 팩은 애벌랜치방지 MOS 트랜지스터, 바람직하게는 애벌랜치방지 SIPMOS 트랜지스터를 포함한다. 특히 블로킹 발진기 파워 팩인 스위치드 파워 팩은 단지 약 5% 내지 20%의 전압안전마진이 애벌랜치 방지 SIPMOS 트랜지스터의 파괴한도까지 공급되도록 치수결정된다.
에벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터의 제너전압은 전압(UZ애벌랜치)로 제1도에 도시되어 있다. 제1도에서, 제너전압(UZ애벌랜치)은 정상 MOS 트랜지스터에 대한 허용드레인-소오스전압(UDSS정상)보다 상당히 낮고 쌍극성 트랜지스터에 대한 허용 콜렉터-이미터전압(UCES)보다 상당히 낮다.
제2도에는 본 발명의 블로킹 발진기 스위치드 파워 팩의 예시적인 하나의 실시예가 도시되어 있다. 스위치드 파워 팩은 지멘스의 생산정보 ICs Fuer die Unterhaltungselektronik, SNTs, '87년 8월판, 87페이지에 상세히 설명되어 있다.
거기에 사용된 정상 SIPMOS 트랜지스터 BUZ와 대비하여, 애벌랜치-방지 SIPMOS TO 트랜지스터는 본 발명에 사용된다. 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)는, 예컨대, 부품명 BUZ 90*은 600V의 허용드레인-소오스 전압을 가지며 약 630V의 제어전압(UZ애벌랜치)를 가지므로 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터는 630V 한도의 주어진 연속적인 초과에 의해 파괴된다. 제2도의 스위치드 파워 팩은 90 내지 250V의 입력 전압용이며 애버랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)를 구동시키기 위한, 예컨대 접적회로 TDA 4605 인 집적제어 및 모니터링 수단(IC)를 포함한다.
회로장치도 5% 내지 20%의 전압안전마진이 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)의 파괴한도까지 공급되도록 치수결정된다. 이것은 권선비와 결합계수와 같은 변압기의 적당한 치수와 귀환회로의 배선에 의해 일어난다.
전술한 스위치드 파워 팩에서 전압의 블랙 콤프레션은 다이오드(D3), 저장기(C7) 및 캐패시터(C7) 의 제동조합에 의해 제한될 수 있다.
바람직하게는, 제2도에 보인 블로킹 발진기 스위치드 파워 팩의 성분들의 치수는 아래에 열거된 바와 같다.
Figure kpo00001
정상동작동안, 124V의 정류된 전압은 스위치드 파워 팩의 출력선상에 있는 캐패시터(C10)과 다이오드(D4)의 접합부에 있으며, 16V 신호는 다이오드(D5)와 캐패시터(C11)의 접합부에 인가되고 9V 는 다이오드(D6)와 캐패시터(C12)의 접합부에 인가된다.
제3도는 높은 입력전압이 주어진 본 발명의 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)에 걸린 드레인-소오스전압의 파형(5)을 나타낸다. 출현한 고역전압피크는, 파워제너 다이오드에 대한 경우와 비슷한, 애벌랜치방지 SIPMOS 트랜지스터에 의해 제한된다. 고전력소모는 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터에서 일어난다. 고역전압피크가 분 단위로 극히 짧게 나타날경우, 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터는 손상되지 않는다.
제1도와 관련지워 설명된 바와같이, 전압레벨(UZ애벌랜치)는 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터에 대한 제너전압을 나타낸다.
제4도에는 총 한계가 주어진 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)에 대한 드레인-소오스 전압의 파형이 도시되어 있다. 애벌랜치-방지 SIPMOS 트랜지스터(TO)는 극히 높은 전력소모를 보이며 급속히 파괴된다. 스위치드 파워 팩의 제어루프의 중지시에도, 이것은 정상 출력전압이 스위치드 파워 팩의 개발에 제공된 5% 내지 20% 범위상으로 초과되는 것을 불가능하게 해준다. 따라서 X-방사선의 안전 한계값이 스위치드 파워 팩이 사용된 텔레비젼 셋트에 의해 초과되는 것이 불가능해진다.
제5도에는 본 발명의 스위치드 파워 팩(SNT)를 포함하는 화상장치의 블록회로도가 도시되어 있다. 화상장치는 그 자체로 잘 알려져 있으며 수상관(BR)의 전자비임을 X 및 Y 방향으로 편향시키기 위하여 제1의 편향유닛(XA)와 제2의 편향유닛(YA)와 접속된 수상관(BR)을 포함한다. 제1 및 제2의 편향유닛(XA,YA)는 제어유닛(STE), 예컨대 텔레비젼 수상기의 비디오 유닛에 의해 제어된다. 전원용으로, 화상장치에는 스위치드 파워 팩(SNT)가 구비되어 있다. 본 발명에 따른 이 스위치드 파워 팩은 오동작시에 고전압이 수상관에 송전되는 것을 방지한다.
그러므로 어떠한 고 X-선 레벨도 수상관에서 방출되지 않는다.
본 발명의 스위치드 파워 팩은, 물론, 화상장치에 이용하는 것으로만 제한하는 것은 아님을 유의하기 바란다. 이에 반하여, 여기에 보인 회로 디자인은 출력전압 한계가 반드시 초과되어서는 않되는 스위치드 파워 팩내의 어떠한 곳, 예컨대, 컴퓨터등에 이용될 수 있다.
당업자라면 첨부한 특허청구의 범위에 의해 규정되는 본 발명의 진정한 정신과 범위를 벗어남이 없이 여러가지 변경과 수정을 할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 출력전압 제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩에 있어서, 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터로써, DC 전압을 선택적으로 전도하는 스위칭 트랜지스터와; 5-20% 범위의 전압안전 마진이 스위치드 파워 팩의 신뢰할 수 있는 연속동작과 상기 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터의 파괴한도 사이에서 제공되도록 설정된, 상기 스위칭 트랜지스터를 구동하는 수단과, 출력전압을 공급하는 2차권선을 가지며, 선택적으로 전도된 DC전압을 수신하기 위하여 상기 스위칭 트랜지스터에 접속된 1차 권선을 갖는 변압기로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력전압제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터는 스위치드 파워 팩의 정상동작동안 상기 MOS 트랜지스터에 걸린 드레인-소오스전압보다 약 5% 내지 20% 높은 최대 허용제너전압을 갖는 것을 특징으로 하는 출력전압제한용 보호장치를 구비한 스위치드 파워 팩.
  3. 출력전압을 제한하기 위한 장치와 정류기 장치를 통해서 출력전압을 얻는 최소한 하나의 2차권선을 갖는 변압기의 1차권선에 DC 전압을 주기적으로 접속시키는 스위칭트랜지스터를 구동시키는 구동수단을 갖는 스위치드 파워 팩에 있어서, 스위칭 트랜지스터는 애벌랜치-방치 MOS 트랜지스터이며 스위치드 파워 팩은 스위치드 파워 팩의 신뢰가능한 연속동작과 애벌랜치-방지 MOS 트랜지스터의 파괴 한도 사이에 5 내지 20% 의 전압안전마진이 제공된 칫수의 구성성분을 갖는 것을 특징으로 하는 스위치 파워 팩.
  4. 화상장치에 사용하기위한 스위치드 파워 팩에 있어서, 입력신호를 수신하는 입력과, 하나의 출력을 가지며, 상기 입력에서 신호를 수신하도록 접속되고 출력을 갖는 집적제어 및 모니터링 장치와, 제너 전압레벨을 가지며, 상기 제어 및 모니터링 장치의 상기 출력에 접속된 게이트 리드를 갖는 애벌랜치-방지 MOS트랜지스터와; 상기 MOS 트랜지스터의 상기 제너전압이 상기 MOS 트랜지스터의 정상동작 레벨보다 5 내지 20 퍼센트 더 높은 값을 가지며, 상기 제어 및 모니터링 장치와 상기 MOS 트랜지스터에 접속된 전기적 구성부품과; 상기 MOS 트랜지스터에 접속된 변압기로 구성되는 것을 갖는 것을 특징으로 하는 화상장치에 사용하기 위한 스위치드 파워 팩.
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