KR100209791B1 - 전원공급장치의 보호 회로 - Google Patents

전원공급장치의 보호 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원공급장치(SMPS)의 2차측이 단락(Short)시 스위칭부의 스위칭 트랜지스터(Transistor)의 발진을 제어하여 2차측을 안정화시키는 전원공급장치의 보호 회로에 관한 것으로서, 외부로부터 입력되는 교류전원을 정류하는 제1정류부, 제1,2의 1차측 코일과 다수개의 2차측 코일을 갖는 제1변압기, 제1의 1차측 코일로부터 유기되는 제2의 1차측 코일의 전압 및 스위칭 신호에 따라 구동하여 제1정류부의 출력 전압이 선택적으로 변압기의 1차측 코일에 인가되도록 하는 스위칭부, 오차 전압에 따라 구동하여 스위칭부에 스위칭 신호를 선택적으로 인가하는 스위칭 제어부, 상기 변압기의 2차측 코일들에 유기된 전압을 각각 정류하는 제2정류부, 제2정류부에 정류된 변압기 2차측 코일의 출력 전압의 변위량을 오차 전압으로 검출하는 오차 전압 검출부, 오차 전압 검출부로 부터 출력되는 오차 전압을 스위칭 제어부에 인가하는 포토 커플러를 구비하는 전원 공급 장치에 있어서, 오차 전압 검출부에 연결된 변압기의 2차측 코일의 정류된 전압과 오차 전압 검출부에 연결되지 않은 2차측 코일의 정류된 전압에 따라 선택적으로 구동하여 오차 전압 검출부에 연결된 2차측 코일에 유기되는 전압을 선택적으로 제한하는 스위칭 트랜지스터 발진 제어부를 포함한다. 따라서, 2차측이 단락시 1차측의 스위칭 트랜지스터의 발진을 제어하여 2차측을 보호한다.

Description

전원공급장치의 보호 회로
제1도는 종래 기술에 따른 전원공급장치의 회로도.
제2도는 본 발명에 따른 전원공급장치의 보호 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1정류부 11 : 스위칭부
12 : 변압기 13 : 제2정류부
14 : 오차전압 검출부 15 : 포토 커플러
16 : 스위칭 제어부 17 : 스위칭 트랜지스터 발진 제어부
본 발명은 전원공급장치(Switching Mode Power Supply : 이하, SMPS라 한다)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SMPS의 2차측이 단락(Short)시 스위칭 트랜지스터(Transistor)의 발진을 제어하여 2차측을 안정화시키는 전원공급장치의 보호 회로에 관한 것이다.
일반적으로, SMPS는 반도체 디바이스를 스위치 소자로 온(ON)/오프(OFF)동작을 반복하고, 그 온/오프의 시(時)비율을 제어하여 출력을 안정화시키는 전원 공급 방식이다. 즉, 변압기(Transformer)의 1차측에 축적된 전력을 스위칭 트랜지스터를 이용하여 2차측에 선택적으로 전달하므로써 부하단속(Load Regulation)을 양호하게 유지시켜 주는 전원공급장치이다.
제1도는 종래 기술에 따른 SMPS 회로도를 나타낸 것이다. SMPS의 1차측으로 전원이 인가되면, 다이오드로 구성된 제1정류부(10)는 입력되는 교류 전원을 전파 정류시킨다. 그리고, 제1정류부(10)에 연결된 커패시터(C1)는 제1정류부(10)에서 출력되는 직류중 교류 성분을 평활하게 정류시키는 역할을 한다.
그리고, 제1정류부(10)에 연결된 스위칭부(11)는 평활용 커패시터(C1)와 병렬로 연결된 초기 구동용 커패시터(C2)와 초기 구동용 커패시터(C1)와 직렬 연결된 스위칭 트랜지스터(Q1)로 구성된다.
이때, 초기 구동용 커패시터(C2)는 제1정류부(10)에서 정류되어 출력되는 초기 전류를 스위칭 트랜지스터(Q1)에 인가하므로써, 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동시킨다. 따라서, 변압기(12)의 1차측(12-1)에 플럭스(Flux)가 유기되어 2차측(12-3)(12-4)(12-5)에 전압이 축적된다.
즉, 2차측의 코일은 제1도에 도시된 바와같이, 1차측의 코일과 반대방향으로 감겨져 있으므로, 극성은 1차측과 반대였으나 2차측의 코일에 전압이 유기되면서 극성이 1차측과 같게 되어, 제1정류부(10)에서 출력되는 전류가 제2정류부(13)의 다이오드(D2~D4) 및 커패시터(C3~C5)를 통하여 정류 및 평활된 후, 각각의 회로 소자에 공급된다.
그리고, 2차측의 출력단에 연결된 오차전압 검출부(14)는 각각의 출력 전압을 안정화시키기 위해 일정 전압 이상 또는 이하의 전압 즉, 2차측의 전위 변화량이 검출되면, 포토 커플러(15)를 선택적으로 턴온시킨다. 즉, 오차전압 검출부(14)는 2차측의 전위 변화량에 대응하여 포토 커플러(14)를 구동시킨다.
이때, 스위칭 제어부(15)는 코일(12-2)에 유기된 전압과 포토 커플러(15)의 구동에 따라 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동시키므로, 스위칭 트랜지스터 발진의 듀티폭(Duty Width)을 조정하여 2차측을 안정화시킨다. 즉, 포토 커플러(15)는 2차측의 전위 변화량을 1차측으로 전이함으로써 스위칭 트랜지스터(Q1)의 발진을 제어하여 2차측을 안정화시킨다.
한편, 스위칭부(11)의 초기 구동용 커패시터(C2)는 임피던스 특성이 주파수에 반비례하고, 또 주파수는 시간에 반비례하므로, 초기에만 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동시키고, 그 이후에는 제1정류부(10)에서 출력되는 전류를 차단하므로, 상술한 바와같이 스위칭 제어부(16)에 의하여 스위칭 트랜지스터(Q1)가 제어되어 2차측을 안정화시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 SMPS에서는 오차전압 검출부를 이용하여 스위칭 트랜지스터의 발진을 제어하므로써 2차측의 출력 전압을 안정화시켰다. 그러나, 일정부하 이상(쇼트상태)에서는 스위칭 트랜지스터의 발진이 일정기간동안 멈추지 않아 주변 반도체등이 파괴되며, 이와 동시에 2차측에 상당이 높은 전압이 유기되어 2차측의 부품도 파괴되고, 또한 이를 보호하기 위한 불필요한 퓨즈등이 있어서 제품의 생산성과 작업성을 나쁘게 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, SMPS의 2차측에 스위칭 트랜지스터 발진 제어부를 구성하여 2차측이 단락시 1차측의 스위칭 트랜지스터의 발진을 제어하여 2차측을 보호하는 전원공급장치의 보호 회로를 제공하는데 있다.
상기한 목적에 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 외부로부터 입력되는 교류전원을 정류하는 제1정류부; 제1,2의 1차측 코일과 다수개의 2차측 코일을 갖는 제1변압기; 제1의 1차측 코일로부터 유기되는 제2의 1차측 코일의 전압 및 스위칭 신호에 따라 구동하여 제1정류부의 출력 전압이 선택적으로 변압기의 1차측 코일에 인가되도록 하는 스위칭부; 제1의 1차측 코일로 부터 유기되는 제1의 2차측 코일의 출력전압과 오차 전압에 따라 구동하여 스위칭부에 스위칭 신호를 선택적으로 인가하는 스위칭 제어부; 변압기의 2차측 코일들에 유기된 전압을 각각 정류하는 제2정류부; 제2정류부에 정류된 변압기 2차측 코일의 출력 전압의 변위량을 오차 전압으로 검출하는 오차 전압 검출부; 오차 전압 검출부로 부터 출력되는 오차 전압을 스위칭 제어부에 인가하는 포토 커플러를 구비하는 전원 공급 장치에 있어서, 오차 전압 검출부에 연결된 변압기의 2차측 코일의 정류된 전압과 오차 전압 검출부에 연결되지 않은 2차측 코일의 정류된 전압에 따라 선택적으로 구동하여 오차 전압 검출부에 연결된 2차측 코일에 유기되는 전압을 선택적으로 제한하는 스위칭 트랜지스터 발진 제어부를 더 포함하도록 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 SMPS의 보호 회로도로서, 제1도에 도시된 바와같은 종래의 SMPS에서 오차전압 검출부(14)에 접속되어 있는 2차측에는 제2정류부(13)에서 출력되는 전압을 분배하는 저항(R1,R2)과, 전압 분배 저항(R1,R2)사이에 연결된 트랜지스터(Q2), 트랜지스터(Q2)의 에미터(Emiter)단에 연결되어 트랜지스터(Q2)를 통해 출력되는 전압을 바이어스시키는 저항(R3)으로 되는 스위칭 트랜지스터 발진 제어부(17)가 더 포함되어 있다.
이때, 트랜지스터(Q2)와 바이어스 저항(R3)사이에는 2차측 코일(12-5)의 정류단 즉, 다이오드(D4)단 및 커패시터(C5)가 연결되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에서는 제1도에 도시된 바와같은 일반적인 SMPS의 동작설명은 종래기술에서 설명하였으므로 생략하며, 본 발명에 관련된 부분만을 설명한다.
도면에 도시된 바와같이, SMPS의 2차측의 변압기 코일의 권선수는 (12-3)이 (12-5)보다 많다. 따라서, (12-3)에 유기되는 전압이 (12-5)에 유기되는 전압보다 높다.
SMPS가 정상적으로 동작할 때, 다이오드(D4)단에서 출력되는 전압과 접점(A)에 걸리는 전압이 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스와 에미터에 걸리는 전압(VBE)보다 높으므로 스위칭 트랜지스터(Q2)는 구동하지 않는다.
따라서, SMPS의 정상상태에서는 제2정류부(13)로 부터 출력되는 전류가 부하단(RL)으로 출력되어 브이씨알의 각 구성요소에 공급된다.
그러나, SMPS가 정상상태가 아닌 경우, 즉, 다이오드(D4)단에 연결된 부하단(RL)에 연결된 부하단이 단락되었을 경우에는 트랜지스터(Q2)와 바이어스 저항(R3)사이에는 다이오드(D4)단이 연결되어 있으므로, 다이오드(D4)단에서 출력되는 전압과 접점(A)에 걸리는 전압이 같다.
이때, 다이오드(D4)단은 단락되었으므로, 접점(A)의 전압은 OV이다. 즉, 전압 분배 저항(R1)(R2)에 걸리는 전압이 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스와 에미터에 걸리는 전압(VBE)보다 높으므로 스위칭 트랜지스터(Q2)는 턴온된다.
따라서, 다이오드(D2)에서 출력되는 전압은 저항(R1)(R2)에서 분압된 전압에 의하여 스위칭 트랜지스터(Q2)가 턴온되어 바이어스 저항(R3)을 통하여 그라운드되므로, 1차측의 제2코일에는 전압이 유기되지 않아 스위칭 트랜지스터(Q1)는 그 구동 즉, 발진을 정지하게 된다.
즉, 본 발명은 오차전압 검출부에 연결되지 않은 2차측 코일중의 하나(바람직하게는 권선수가 가장 적은)의 부하단이 단락된 경우에 오차전압 검출부에 연결된 2차측 코일을 강제로 쇼트시켜 스위칭 트랜지스터의 구동을 정지시키는 것이다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 SMPS의 보호 회로는 2차측의 출력단에 스위칭 트랜지스터 발진 제어부를 구성하여 2차측이 단락시 1차측의 스위칭 트랜지스터의 발진을 제어하여 2차측을 보호하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 외부로부터 입력되는 교류전원을 정류하는 제1정류부(10); 제1,2의 1차측 코일과 다수개의 2차측 코일을 갖는 제1변압기(12); 상기 제1의 1차측 코일로부터 유기되는 제2의 1차측 코일의 전압 및 스위칭 신호에 따라 구동하여 상기 제1정류부의 출력 전압이 선택적으로 변압기의 1차측 코일에 인가되도록 하는 스위칭부(11); 상기 제1의 1차측 코일로 부터 유기되는 제2의 1차측 코일의 출력전압과 상기 오차 전압에 따라 구동하여 스위칭부에 스위칭 신호를 선택적으로 인가하는 스위칭 제어부(16); 상기 변압기의 2차측 코일들에 유기된 전압을 각각 정류하는 제2정류부(13); 상기 제2정류부에 정류된 변압기 2차측 코일의 출력 전압의 변위량을 오차 전압으로 검출하는 오차 전압 검출부(14); 상기 오차 전압 검출부로 부터 출력되는 오차 전압을 상기 스위칭 제어부에 인가하는 포토 커플러(15)를 구비하는 전원 공급 장치에 있어서, 상기 오차 전압 검출부에 연결된 변압기의 2차측 코일의 정류된 전압과 상기 오차 전압 검출부에 연결되지 않은 2차측 코일의 정류된 전압에 따라 선택적으로 구동하여 상기 오차 전압 검출부에 연결된 2차측 코일에 유기되는 전압을 선택적으로 제한하는 스위칭 트랜지스터 발진 제어부(17)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터 발진 제어부(17)는 상기 제2정류부에 연결되며, 상기 제2정류부에서 출력되는 전압을 분배하는 복수개의 저항과(R1,R2), 상기 복수개의 저항사이에 연결된 스위칭 트랜지스터(Q2), 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 바이어스 저항(R3)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 보호 회로.
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