KR100556723B1 - 직류전원장치의전원안정화제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 제품에 사용되는 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로에 관한 것으로서 특히 축전지로부터 부하에 공급되는 출력전압은 물론 입력전압의 변동을 감지하여 전압제어에 연동시킴으로써 전원안정화 제어성능을 향상시킬 수 있도록 한 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로에 관한 것이다.
종래에 리튬이온 축전지를 사용하는 2전원 기기에서 리튬이온 전지는 그 내부저항이 크기 때문에 대전류 방전을 하게 되는 경우 큰 전압강하가 발생하고, 이러한 입력전압의 급격한 변화가 출력전압에 영향을 미쳐서 전원 안정화 제어의 성능을 저하시키게 된다.
본 발명의 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로는 도4와같이, 출력전압(Vo)의 변동을 감지하기 위한 분압저항(R1,R2)과, DC를 차단하고 AC로서 입력전압(Vin)의 변동분을 상기 분압저항(R1,R2)에 의한 감지전압(Vs)에 반영하기 위한 감지 콘덴서(Cs)와, 상기 저항 및 감지 콘덴서에 의해서 감지된 출력전압 및 입력전압 변동분을 기준전압(Vref)과 비교하여 제어출력(Vc)으로 전원 안정화 제어를 수행하는 비교기(41)를 포함하여 구성된 전원 안정화 제어회로로서, 입력전압(Vin)의 변동을 콘덴서(Cs)를 통해서 감지하여 출력전압(Vo)변동 뿐만 아니라 입력전압(Vin)의 변동에 대한 안정화 제어의 속응성을 높였다.

Description

직류전원장치의 전원 안정화 제어회로
본 발명은 휴대용 제품에 사용되는 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로에 관한 것으로서 특히 축전지로부터 부하에 공급되는 출력전압은 물론 입력전압의 변동을 감지하여 전압제어에 연동시킴으로써 전원안정화 제어성능을 향상시킬 수 있도록 한 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로에 관한 것이다.
종래에 셀룰러폰이나 PCS, PDA, HHP, 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 제품에는 대부분 축전지로서 리튬이온 축전지를 사용하고 있다.
리튬이온 축전지는 가볍고 대용량이라는 특징과 장점을 가지고 있으나 내부저항이 수백mΩ으로 크다는 단점이 있다.
이와같이 리튬이온 축전지는 그 내부저항이 크기 때문에 대전류 방전을 하게 되는 경우 큰 전압강하가 발생하고, 이러한 입력전압의 급격한 변화가 출력전압에 영향을 미쳐서 전원 안정화 제어의 성능을 저하시키게 된다.
도1은 종래의 PCS단말기에서 전원을 공급하는 회로의 구성을 나타낸 도면으로서 리튬이온 축전지(E)로부터 PCS주회로(101)에 3.6V전원을 공급하기 위한 3.6V컨버터(102) 및 5V전원을 공급하기 위한 5V컨버터(103)를 이용해서 2전원을 공급하고 있다.
이와같이 단일 전원이 아닌 경우에 한쪽의 부하 변동이 축전지 입력전압의 변동을 일으켜서 다른쪽에 영향을 미치게 된다.
도2는 이 것을 보여주고 있다.
즉, PCS의 5V전원의 부하는 800mA의 전류가 순간적으로 온/오프 하기 때문에 축전지(E)의 출력전압을 맥동하게 만들고, 이 것은 축전지(E)로부터 3.6V컨버터(103)에 입력되는 전압의 변동을 초래하여 3.6V 출력전압도 함께 맥동하게 되어 불안정한 전원이 PCS주회로(101)에 공급되는 결과를 초래한다.
즉, 5V컨버터(102)측에 부하가 인가되면 축전지(E)의 방전전류도 따라서 증가하게 되어 축전지(E)전압이 내부저항에 의해서 감소하게 되고 이 것은 3.6V컨버터(103)에 영향을 미치게 되어 3.6V출력전압도 따라서 감소하게 된다.
3.6V컨버터(103)의 전압제어기는 이러한 출력전압의 감소를 감지하여 다시 제어기준전압으로 제어하게 되고, 이후 다시 5V의 부하가 제거되면 축전지(E)의 전압도 회복되고 이러한 축전지(E)의 전압증가는 다시 3.6V출력전압의 상승을 가져온다.
이와같은 3.6V 출력전압의 변동은 5V출력전압 변동과 축전지(E)의 내부저항에 의한 입력전압의 변동이 그 원인이겠지만 이러한 입력전압의 변동을 전압제어기가 속응하여 제어하지 못한다는 점에도 기인한다.
도3은 상기한 PCS단말기의 전원 안정화 제어를 위해서 사용되는 전압제어기의 구성을 나타내고 있다.
3.6V출력전압(Vo)을 저항(R1,R2)으로 분압하여 감지전압(Vs)을 얻고, 이 감지전압(Vs)을 기준전압(Vref)과 비교기(301)에서 비교하여 전압변동 즉, 전압오차(Verr)가 있을 경우 전압오차(Verr)를 감소시키는 방향으로 제어출력(Vc)을 내서 3.6V컨버터(103)를 안정화 시키는 기술이다.
즉, 외부영향으로 인하여 출력전압(Vo)이 감소하면 감지전압(Vs)도 따라서 감소하게 되고 이 감지전압(Vs)과 기준전압(Vref)의 차(Verr)는 음(-)의 값을 가지게 되며, 이 전압오차(Verr)가 음(-)이 되면 제어출력(Vc)이 증가하여 3.6V컨버터의 출력전압(Vo)을 다시 증가시키는 것이다.
물론 여기서 출력전압(Vo)의 변동이 감지되지 않는 이상 전압제어기는 제어조치를 취하지 않기 때문에 결국 종래에는 출력전압의 변동이 일어난 후에 전원 안정화 제어가 이루어져서 속응성이 떨어지고 전원 안정화 제어성능 또한 떨어지게 되었다.
본 발명은 리튬이온 축전지를 사용하는 직류전원 공급장치에서 특히 전원이 2가지 이상이고 한쪽 전원의 출력변동이 축전지 전압변동을 나타나 다른쪽 출력전압에 영향을 주는 경우에 보다 안정된 출력을 내는 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로를 제공한다.
본 발명은 특히 리튬이온 축전지를 사용하는 휴대용 2전원 기기에서 출력전압의 변동은 물론, 입력전압의 변동을 감지하여 입력전압 변동을 제어출력과 연동시킴으로써 입력전압 변동에 특히 강한 전원 안정화 제어를 수행할 수 있도록 한 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로를 제공한다.
도4는 본 발명의 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로의 구성을 나타낸 도면으로서, 출력전압(Vo)의 변동을 감지하기 위한 분압저항(R1,R2)과, DC를 차단하고 AC로서 입력전압(Vin)의 변동분을 상기 분압저항(R1,R2)에 의한 감지전압(Vs)에 반영하기 위한 감지 콘덴서(Cs)와, 상기 저항 및 감지 콘덴서에 의해서 감지된 출력전압 및 입력전압 변동분을 기준전압(Vref)과 비교하여 제어출력(Vc)으로 전원 안정화 제어를 수행하는 비교기(41)를 포함하여 구성되며, C0는 콘덴서 이다.
이와같이 구성된 본 발명의 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로 동작을 설명하면 다음과 같다.
도2와 같이 5V컨버터 전원과 3.6V컨버터 전원의 2전원을 공급하는 회로에 적용한 경우 특히 5V출력전압 변동에 따른 3.6V출력전압의 맥동을 다음과 같이 안정화 제어한다.
먼저, 출력전압(Vo)과 입력전압(Vin)이 정상상태에 있을 경우에 감지 콘덴서(Cs)에 충전된 전압(Vis)은, Vis = Vin - Vs 의 전압이 충전되어 있다.
이 상태에서 입력전압(Vin)의 변화가 없으면(안정화 상태) 출력전압(Vo)만이 저항(R1,R2)으로 분압된 감지전압(Vs)에 반영되어 감지전압(Vs)과 기준전압(Vref)의 차(Verr)만큼 비교기(401)가 제어출력(Vc)을 내서 출력전압(Vo)의 변동을 억제하는 전압 안정화 제어를 수행하게 된다.
그러다가 외부요인에 의해(즉, 5V컨버터의 전압맥동 등) 입력전압(Vin)이 갑자기 줄어들면 방전경로를 확보하지 못하고 있는 감지콘덴서(Cs)는 콘덴서 특성상 그 충전전압(Vis)이 갑자기 줄어들지 못하고 입력전압(Vin)의 감소가 바로 감지전압(Vs)의 감소로 반영된다.
즉, 입력전압(Vin)의 감소를 바로 감지전압(Vs)으로서 비교기(401)에 입력하게 되므로 비교기(401)는 입력전압(Vin)의 감소에 대응하는 제어를 즉각 수행할 수 있게 된다.
그러므로, 본 발명에서는 출력전압(Vo)이 줄어들기 전에 먼저 입력전압(Vin)의 변화를 감지하여 출력을 증가시키게 되므로 종래에 출력전압(Vo)이 이미 변한 다음에 이 것을 감지하여 제어를 시작하는 경우보다 속응성이 뛰어나고 출력전압 맥동을 현저하게 줄여줄 수 있게되는 것이다.
한편, 감지 콘덴서(Cs)의 용량값의 선정은 전압 제어기의 특성에 따라 달라지는데, 일반적으로 감지 콘덴서(Cs)의 용량값이 클수록 입력전압(Vin)의 변동이 제어기에 영향을 주는 시간이 길어지고, 감지 콘덴서(Cs)의 용량값이 작을수록 입력전압(Vin)의 변동이 제어기에 영향을 주는 시간이 짧아지게 된다.
그러므로 본 발명에서는 전압 제어기의 제어성능이 우수하여 출력전압을 빨리 제어하는 경우에는 작은 용량값의 감지 콘덴서(Cs)를 사용하면 적절하고, 반대로 느린 경우에는 큰 용량값의 감지 콘덴서(Cs)를 사용하면 적절할 것이다.
본 발명은 내부 저항이 큰 리튬이온 축전지를 사용하는 휴대용기기에서 2가지 이상의 전원이 존재할 때 한쪽 전원의 출력변동이 다른쪽 전원에 영향을 주는 것을 방지할 수 있고, 따라서 전원변화에 대한 안정화 제어의 성능을 높일 수 있다.
도1은 PCS단말기의 전원공급회로의 블럭 구성도
도2는 PCS단말기의 전원공급회로의 전원전압 파형도
도3은 종래의 전원 안정화 제어회로의 회로도
도4는 본 발명의 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로의 회로도

Claims (1)

  1. 축전지(E)로부터 전원제어회로를 통해서 부하측에 직류안정화 전원을 공급하는 회로에 있어서,
    출력전압(Vo)의 변동을 감지하기 위한 분압저항(R1,R2)과, DC를 차단하고 AC로서 입력전압(Vin)의 변동분을 상기 분압저항(R1,R2)에 의한 감지전압(Vs)에 반영하기 위한 감지 콘덴서(Cs)와, 상기 저항 및 감지 콘덴서에 의해서 감지된 출력전압 및 입력전압 변동분을 기준전압(Vref)과 비교하여 제어출력(Vc)으로 전원 안정화 제어를 수행하는 비교기(41)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직류전원장치의 전원 안정화 제어회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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