KR0157187B1 - Dc전압제어안정화장치 - Google Patents

Dc전압제어안정화장치 Download PDF

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Abstract

전류원회로는 출력제IC에 내장되어 있고, 포토커플러로부터의 피드백전류를 7~10배로 증폭한다. 이것에 의해 경부하에서 최대부하까지의 넓은 범위에 걸쳐 안정한 전압제어를 행함과 동시에, 환경온도조건에 대해서 안정하고 불균일이 적은 전류증폭률을 얻을 수 있으므로 2차 DC출력전압에 포함된 리플성분으로 인한 전원회로의 이상발진이 없어 안정한 CD전압제어안 정화장치를 실현시키는 것이 가능하다.
2차 DC출력전압과 기준전압과의 차분전압은 스위칭트랜스의 2차측에 접속된 오차증폭기에 의해 변환된 전류이다. 이 전류는 오차증폭기에 접속된 포토커플러에 의해 절연증폭되어, 전류증폭기를 통해 스위칭회로의 1차측의 발진기로 피드백된다. 전류증폭기는 적당한 전류증폭률을 지니며 IC로 구성되어 있다. 발진기에 접속된 콘덴서는 전류증폭기에서 증폭된 전류에 의해 충전되고, 그 충전전류에 의해 발진기의 도통기간이 제어되고, 또, 드라이버를 통해서 상기 발진기에 접속된 스위칭소자의 도통기간도 제어된다. 따라서, 스위칭트랜스를 통해 2차측으로 공급된 어네지량도 제어되어 2차DC출력전압이 안정하게 제어된다.

Description

DC전압제어 안정화장치
제1도는 종래예에 의한 DC(직류)전압제어 안정화장치의 블록도.
제2도는 DC전압제어 안정화장치의 파형을 도시한 도면.
제3도는 제어전류IC와 도통기판Ton과의 관계를 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 실시예에 의한 DC전압제어 안정화장치의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 발진기 2 : 드라이버
3 : 스위칭소자 4 : 스위칭트랜스
6 : 도통기간을 결정하는 콘덴서 7 : 비도통기간을 결정하는 콘덴서
8 : 비도통기간을 결정하는 레지스터 9 : 스타팅레지스터
10 : 오차증폭기 11 : 포토커플러
13,14 : 2차 DC출력단자 15 : 전류증폭기
41 : 1차권선 51 : 출력제어 IC
본 발명은 스위칭수단의 도통기간을 제어하는 것에 의해 2차DC(직류)출력전압을 안정화하는 DC전압제어 안정화장치에 관한 것이다.
2차DC출력전압을 안정화하기 위해서는 2차DC출력전압의 오차전압을 전류로 변환하고, 증폭하여, 1차회로로 피드백한다. 이 피드백전류를 증폭하는 회로는 직접회로(IC)로 설치한다. 최적의 전류증폭률은, 1개의 IC내에 피드백전류를 증폭하는 회로를 설치함과 동시에 출력제어 IC내에 발전기 및 드라이버와 함께 배치함으로써 얻을 수 있다. 이와 같이 해서, 환경온도, 트랜지스터hfe의 불균일에 의한 전류증폭률의 불균일을 감소시키고, 2차DC출력전압에 포함된 리플에 의한 전원회로의 이상발진을 방지하여 DC전압제어안정화장치를 개선한다.
근년, 스위칭조정기의 저코스트화에의 요구로부터 부하전력이 150W정도미만에서는 링잉쵸크를 지닌 자려식이 일반적이다.
제1도는 종래예에 의한 DC전압제어 안정화장치의 블록도를 도시한 것이다.
발진기(1)는 충전 및 방전콘덴서와 레지스터에 의해 직사각형상파를 발진한다. 발진기(1)의 출력에 의해 스위칭소자(3)는 드라이버(2)를 통해서 스위칭동작을 행한다. 스위칭소자(3)로서는 일반적으로 MOS FET소자를 사용한다. 스위칭전압은 스위칭트랜스(4)의 1차권선(41)으로부터 2차권선(42),(43),(44)으로 전송된다. 2차DC전압V1,V2,V3은 각각 직렬정류기와 병렬콘덴서로 구성된 정류회로(45),(46),(47)를 통해 출력된다. 2차권선(43)으로부터의 DC출력전압V2는 오차증폭기(10)로 공급되어 오차증폭기(10)의 기준전압과 비교된다. 2차권선(44)으로부터의 DC출력전압V3도 포토커플러(11)의 1차측의 다이오드를 통해 오차증폭기(10)로 공급되고, 상기 오차전압에 비례하는 전류If는 포토커플러(11)의 1차측의 다이오드에서 흐른다. 포토커플러(11)의 1차측의 다이오드에는 제1도의 2차DC출력전압V2가 공급되지만, V2대신에 다른 2차DC출력전압V1을 공급해도 된다. 2차DC출력전압V1은 포코커플(11)의 2차측으로 공급된다. 오차전류If는 포토커플러(11)에서 증폭되고, 전류βxIf는 포토커플러(11)의 2차측에서 흐른다. 여기서, β는 포토커플러(11)의 전류전달률이다. 전류는 포터커플러(11)의 2차측에 달링톤접속된 트랜지스터(12)에서 증폭된 다음 콘덴서(6)를 충전한다. 트랜지스터(12)의 출력전류Ic는 이하의 식으로 나타낸다.
Ic=hfe×k×β×If
(식중, hef는 트랜지스터(12)의 전류증폭률이고, k는 트랜지스터(12)의 제동계수)
스위칭소자(3)가 온상태로 되면, 발진기(1)에 접속된 콘덴서(7)는 낮은 전압(약 0.9V)에서 충전된다. 콘데서(6)는 트랜지스터(12)로부터의 충전전류Ic에 의해 약 0V부터 충전되고, 콘덴서(6)양단의 전압이 발지기(1)의 역치전압, 즉 약0.7V에 도달하면, 발진기(1)는 그 출력극성으로 돌아가고 스위칭소자는 오프상태가 된다. 그와 동시에, 콘덴서(6)는 발진기(1)의 방전회로를 통해 급격히 방전되어 콘데서(6)양단의 전압이 약0V로 하강한다.
반면, 스위칭소자(3)가 오프상태가 되면, 콘덴서(7)양단의 임피던스가 높아져서, 콘덴서(7)는 병렬로 접속된 레지스터(8)를 통해 방전하기 시작된다. 콘덴서(7)양단의 전압이 약0.1V로 감소하면, 발진기(1)는 그의 출력극성을 바꾸어 스위칭소자(3)를 온상태로 한다. 그와 동시에, 콘덴서(7)는 약 0.9V로 다시 급격히 충전된다. 상기 동작은 반복하여, 스위칭소자(3)는 온/오프동작을 계속한다. 콘덴서(6)의 충전전류Ic가 크면, 충전기간이 단축되어 콘덴서(6)양단의 전압이 발진기(4)의 역치전압에 도달하는 기간Ton이 단축된다. 이것은 제2도의 파형에 의해 설명된다.
스위칭트랜스(4)의 2차권선(42)으로부터 얻어진DC전압V1은 정류회로(45)를 통해 발진기(1)와 드라이버(2)로 공급된다. 레지스터(9)는 DC출력제어안정화장치의 온상태시의 스타팅레지스터이다. 출력전압은 비도통기간Toff를 고정하고 스위칭소자(3)의 도통기간Ton을 변화시킴으로써 제어된다.
2차DC출력전압V2가 증가하면, 포토커플러(11)의 1차전류가 증가하고 포토커플러(11)와 트랜지스터(12)에서 증폭된 트랜지스터(12)의 출력전류가Ic가 증가한다. 전류Ic가 증가하면, 콘덴서(6)의 충전기간, 즉 스위칭소자(3)의 도통긴간이 감소하고 스위칭트랜스(4)의 2차측으로의 공급에너지가 감소하여 2차DC출력전압이 감소하게 된다. 그 결과, 2차DC출력전압의 증가를 억제하여 출력전압을 안정화한다. 이처럼 피드백루프가 형성된다.
제3도는 제어전류IC와 도통기간Ton과의 관계를 도시한 것이다. 도통기간Ton을 단축하기 위해서는 제어전류Ic를 증가시켜야만 한다. 특히, 도통기간Ton으로서 1마이크로초보다 짧은 기간을 필요로 하는 경부하에서 제어전류Ic는 7~10mA가 필요하다.
텔레비전수신기에 DC전압제어 안정화장치를 사용하는 경우, 비디오카세트리코더 등의 전자장치는 통상 2차DC출력회로에 접속된다. 스위칭트랜스의 1차측은 전력트랜스가 없는 장치의AC선에 접속된다. 그러므로, 스위칭트랜스의 2차측으로부터 1차측으로의 피드백루프는 어딘가에서 고립되어야 하고, 이를 위해 포토커플러(11)를 사용한다.
발진기(1)와 드라이버(2)는 출력제어IC(5)에 의해 일체로 형성된다.
하지만, 종래예에 의한 회로는, 포토커플러(11)의 2차측에 달링톤접속되어 피드백전류를 증폭하는 트랜지스터(12)를 삽입하여 전류Ic로서 경부하용 충분히 얻어서 스위칭소자의 도통기간을 제어한다. 따라서, 전류증폭를 hfe×k×β는 매우 크고, 트랜지스터hef의 불균일로 인한 전류증폭률의 불균일때문에, 회로는 환경온도에 의해 영향받기 쉽고, 2차DC출력전압의 리플성분에 의해 이상발진을 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하고, 출력제어IC에 피드백전류를 증폭하는 전류원 회로를 구비하고, 상기 출력제어IC에 포토커플러를 접속하여 전류증폭률을 최적치로 설정하는 것에 의해 환경온도에 대해서 성능이 안정되고, 동시에 전류증폭률의 불균일을 최소로 억제하여 제어회로의 이상발진을 방지하는 DC전압제어안정화장치를 제공한다.
본 발명에 의한 DC전압제어안정화장치는 출력제어IC에 다단접속된 전류원회로를 내장하여, 포토커플러로부터의 피드백전류를 최적치, 예를 들면, 7~10배로 증폭한다. 전류원회로에는 스위칭소자의 도통기간을 결정하는 콘덴서가 접속되어 있다.
본 발명에 의하면, 달링톤접속트랜지스텅대신에 회로를 IC로 형성하는 것에 의해 불균일이 매우 작은 임의의 최적의 전류증폭률을 얻을 수 있고, 경부하에서 최대부하까지의 넓은 범위에 걸쳐 안정한 전압제어를 행함과 동시에, 환경온도에 대해서 안정하며 2차DC출력전압의 리플성분으로 인한 회로의 이상발진을 방지하는 안정한 DC전압제어안정화장치를 실현하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명의 실시예에 의한 DC전압제어안정화장치의 블록도이다. 제1도에 도시한 것과 같은 기능의 성분 및 블록은 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
포토커플러(11)의 2차측은 전류증폭기(15)에 접속되어 있다. 포토커플러(11)의 2차전류는 종래예의 달링톤접속트랜지스터(12)대신에 전류증포기(15)에서 증폭되어 콘덴서(6)를 충전한다. 기타성능은 종래예와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
포토커플러(11)의 2차전류β×If는 전류증폭기(15)에서 α배 증폭되어,
Ic=α×β×If
콘덴서(6)를 충전한다. 전류증폭기(15)는 IC로 구성도어 있고 전류증폭률 α=7~10을 얻는 것이 용이하다. 전류미러회로의 전류증폭률은 2개의 트랜지스터의 이미터에 접속된 2개의 레지스터의 저항치의 비에 의해 결정되므로, 트랜지스터hfe, 환경온도 등으로 인한 영향은 매우 작다. 전류미러회로를 다단접속하고 그 단수와, 2개의 트랜지스터의 이미터에 접속된 2개의 레지스터의 저항치의 비를 선택함으로써, 트랜지스터hfe, 환경온도 등으로 인한 영향없이 원하는 값의 전류증폭률을 용이하게 얻을 수 있다. 더욱이 1개의 IC내에 발진기(1) 및 드라이버(2)와 전류증폭기(15)를 일체화하는 것에 의해 소형화 및 저코스트화를 달성할 수 있다.
종래에서와 같이, 오차증폭기(10)와 포토커플러(11)의 1차측을 동일한 2차DC출력에 접속해도 된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 피드백전류의 증폭률을 임의의 최적치로 설정할 수 있으며, DC출력전압을 경부하에서 최대부하까지의 넓은 범위에 걸쳐 안정하게 제어하고, 환경온도에 대해서 안정하며, 전류증폭률의 불균일이 작고, 2차DC출력전압의 리플성분으로 인한 이상발진을 방지하는 DC전압제어안정화장치를 실현하는 것이 가능하다.
본 발명은 본 발명의 정신 또는 본질적특성으로 부터 벗어남이없이 그밖의 다른 특정의 형태로 구체화될 수 있으므로 본 실시예는 모든 점에서 설명상의 것일뿐, 제약적인 것은 아니다. 또, 본 발명의 범위는 이상의 기재에 의해서 보다는 차라리 첨부된 특허청구범위에 의해 나타나고 있는 바, 해당 청구범위와 등가의 의미와 범위내에서 오는 모든 변형을 다음의 특허청구의 범위내에 포함시키고자 한다.

Claims (3)

  1. 콘덴서의 충전 및 방전에 의해 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력에 의해 제어되는 스위칭수단; DC전원에 대해서 상기 스위칭수단과 직렬로 접속된 트랜스수단; 상기 트랜스수단의 2차권선에 접속되어 DC전압을 출력하는 2차정류수단; 상기 2차정류수단의 출력전압과 차를 증폭하여 전류로 변환하는 오차증폭수단; 상기 오차증폭수단에서 변환된 오차전류를 절연 및 증폭하는 포토커플러수단 및 상기 포토커플러수단의 출력전류를 증폭하는 전류증폭수단으로 구성된 DC전압제어안정화 장치에 있어서, 상기 발진수단 및 상기 전류증폭수단은 1개의 직접회로내에 내장되어 있고, 상기 2차정류수단의 출력전압은 상기 전류증폭수단의 출력전류에 의해 상기 발진수단의 도통기간을 제어함으로써 안정화되는 것을 특징으로 하는 DC전압제어안정화장치.
  2. 콘덴서의 충전 및 방전에 의해 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력에 의해 제어되는 스위칭수단; DC전원에 대해서 상기 스위칭수단과 직렬로 접속된 트랜스수단; 상기 트랜스수단의 2차권선에 접속도어 DC전압을 출력하는 2차정류수단; 상기 2차정류수단의 출력전압과 기준접압과의 차를 증폭하여 전류로 변환하는 오차증폭수단; 및 상기 오차증폭수단에서 변환된 오차전류를 증폭하는 전류증폭수단으로 구성된 DC전압제어안정화장치에 있어서, 상기 전류증폭수단은 종속접속된 복수의 다단식전류증폭기로 구성되고; 상기 2차정류수단의 출력전압은 상기 전류증폭수단의 출력전류에 의해 상기 발전수단의 도통기간을 제어함으로써 안정화되는 것을 특징으로 하는 DC전압제어안정화장치.
  3. 콘덴서의 충전 및 방전에 의해 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력에 의해 연속 스위칭수단의 스위칭을 제어하기 위한 드라이브신호를 출력하는 드라이브수단; 상기 발진수단의 출력에 의해 제어되는 스위칭수단; DC전원에 대해서 상기 스위칭수단과 직렬 접속된 트랜스수단; 상기 트랜스수단의 2차권선에 접속되어 DC전압을 출력하는 2차정류수단; 상기 2차정류수단의 출력전압과 기준전압과의 차를 증폭하여 전류로 변환하는 오차증폭수단; 및 상기 오차증폭수단에서 변환된 오차전류를 증폭하는 전류증폭수단으로 구성된 DC전압제어안정화장치에 있어서, 상기 발진수단, 상기 드라이버수단 및 상기 전류증폭수단은 1개의 집적회로에 내장되어 있고; 상기 콘덴서는 상기 직접회로와 상기 DC전원사이에 삽입되어 있고, 상기 2차정류수단의 출력전압은 상기 전류증폭수단의 출력전류에 의해 상기 발진수단의 도통기간을 제어함으로써 안정화되는 것을 특징으로 하는 DC전압제어안정화장치.
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