KR100583670B1 - 스위칭 전원 장치 - Google Patents

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KR100583670B1
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나가이준
츠지히토시
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 스위칭 전원 장치(Switching Electric Source Device)에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치는 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프(Off) 상태로 된 때부터 1차 코일의 여기 에너지(Exciting Energy)에 의해 발생한 공진 상태를 검출하고 상기 공진 상태의 검출 신호에 의해 측정되는 공진 상태 종료시부터 메인 스위칭 소자의 스위치가 온(On) 상태로 되는 때까지(A 기간)의 사이에 제1동기 정류기의 스위치를 조기에 온 상태로 되도록 하는 제1동기 정류기 제어 회로를 포함한다. 따라서 A 기간 사이에 제1동기 정류기의 스위치가 온 상태로 됨으로서 보디 다이오드(Body Diode)에 전류가 흐르지 않게 되고 보디 다이오드의 전압 강하로 인하여 2차 코일과 3차 코일에 전압이 유도되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해 3차 코일의 유도 전압으로 인한 출력 전압의 변동을 방지할 수 있으므로 출력 전압을 안정하게 유지할 수 있다.
메인 스위칭 소자, 제1동기 정류기, 2차측 정류 평활 회로, 검출 회로, 초크 코일

Description

스위칭 전원 장치{Switching Electric Source Device}
도 1은 본 발명의 제1실시예의 주요 구성 부분을 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 있어서 특징적인 구성 부분의 동작례를 설명하기 위한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 구성에 의한 효과를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예의 변형례를 설명하기 위한 그림이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예의 주요 구성 부분을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예의 구성에 의한 효과를 설명하기 위한 그림이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예의 주요 구성 부분을 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 있어서 특징적인 구성 부분의 동작례를 설명하기 위한 파형도이다.
도 9는 종래 스위칭 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 10은 종래 스위칭 전원 장치의 주요 구성 부분의 동작례를 설명하기 위한 파형도이다.
도 11은 종래 스위칭 전원 장치의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 변압기 10: 제어회로
20: 2차측 정류 평활 회로
21, 33: 초크 코일 30: 검출 회로
40: 제1동기 정류기 제어 회로
41: 직류 차단 캐패시터
42, 45: 다이오드 44: 저항
47: 방전 라인 100: 스위칭 전원 장치
N1: 1차 코일 N2: 2차 코일
N3: 3차 코일 N4: 4차 코일
N5: 5차 코일
Q1: 메인 스위칭 소자 Q2, Q3: 동기 정류기
Q4: 방전 제어 스위치 소자
본 발명은 스위칭 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기와 동기 정류기(Synchronous Rectifier)를 사용하여 변압기의 2차 코일의 출력 전력을 정류하는 회로를 포함하는 스위칭 전원 장치에 관한 것이다.
종래 스위칭 전원 장치는 간접적으로 출력 전압을 검출하기 위한 검출 회로(Detection Circuit)를 가지며, PWM 시스템에 기인한 검출 회로에 의한 검출 결과 로 메인 스위칭 소자(Main Switching Element)를 제어한다(무심사 특허 출원 2001-25245(특허 문헌 1)). 도 9는 그러한 검출 회로를 갖는 스위칭 전원 장치의 주요 구성 요소의 구성예를 나타낸다. 이하에서는 도 9에 따라 종래 스위칭 전원 장치를 간략하게 설명한다.
스위칭 전원 장치(200)는 변압기(1)를 갖고, 변압기(1)의 1차 코일(N1)은 메인 스위칭 소자(Q1)와 연결되어 있다. 그리고 변압기(1)와 메인 스위칭 소자(Q1)의 직렬 연결 회로는 입력 필터(6)를 통하여 외부 입력 전원(5)에 연결되어 있다. 변압기(1)의 2차 코일(N2)에는 2차측 정류 평활 회로(Secondary Rectifying Smoothing Circuit; 20)가 연결되어 있다. 2차측 정류 평활 회로(20)는 2차 코일(N2)에 직렬 연결된 제1동기 정류기(Q2)와, 2차 코일(N2)에 병렬 연결된 제2동기 정류기(Q3)와, 제2동기 정류기(Q3)와 병렬 연결된 초크 코일(Choke coil; 21)과 캐패시터(22)의 직렬 연결 회로를 포함하고 있다. 2차측 정류 평활 회로(20)는 2차 코일(N2)의 출력 전압을 동기 정류기(Q2, Q3)의 스위칭 작동을 이용하여 정류하고, 초크 코일(21)과 캐패시터(22)를 통하여 출력 전력을 평활하고, 직류 전압(Vout)을 외부 부하를 향해 출력한다. 제2동기 정류기(Q3)의 스위칭 제어 단자(게이트 단자)에는 제 2 동기 정류기 구동 회로(25)가 연결되어 있고, 제2동기 정류기 구동 회로(25)는 메인 스위치 소자(Q1)의 온/오프(On/Off) 동작과는 반대로 동작을 하도록 제2동기 정류기(Q3)의 스위칭 작동을 제어한다. 즉, 제2동기 정류기 구동 회로(25)에 의해 메인 스위치 소자(Q1)가 오프 상태일 때에는 제2동기 정류기(Q3)는 온 상 태이고, 메인 스위치 소자(Q1)가 온 상태일 때에는 제2동기 정류기(Q3)는 오프 상태이다.
또, 제1동기 정류기(Q2)는 2차 코일(N2)의 유도 전압에 의하여, 메인 스위치 소자(Q1)의 스위치가 온/오프 되는 동작과 동일한 동작을 한다. 변압기(1)에는 3차 코일(N3)을 갖고 있고, 3차 코일(N3)은 검출 회로(30)와 연결되어 있다. 검출 회로(30)는 3차 코일(N3)의 유도 전압을 정류하기 위한 다이오드(31, 32), 전압을 평활하기 위한 초크 코일(33)과 캐패시터(34), 정류되고 평활된 전압을 분압하기 위한 분압 저항(35, 36)을 포함하고 있다. 3차 코일(N3)에서는 2차 코일(N2)의 유도 전압에 따르는 유도 전압이 발생한다. 검출 회로(30)는 3차 코일(N3)의 유도 전압을 정류 평활 하고, 2차측 정류 평활 회로(20)로부터 부하에로 보내지는 출력 전압(Vout)을 간접적으로 검출하고 출력 전압(Vout)으로부터의 검출 전압을 출력한다.
메인 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 제어 단자인 게이트 단자에는 제어 회로(10)가 연결되어 있다. 제어 회로(10)는 PMW 시스템에 따른 검출 전압에 의해 메인 스위칭 소자(Q1) 스위치의 온/오프 동작을 제어한다. 그리고 제어 회로(10)는 오차 증폭기(Error Amplifier; 11), 기준 전압원(Reference Voltage Source; 12), 비교기(Comparator; 13), 삼각파 신호 오실레이터(Triangular-Wave Signal Oscillator; 14)로 구성되어 있다. 즉, 제어 회로(10)에서는 검출 회로(30)에 의한 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전압과, 기준 전압원(12)으로부터 출력되는 기준 전압과의 오차 전압이 오차 증폭기(11)에 의하여 증폭된다. 그리고 비교기(13)에 의하여 증폭 전 압과 삼각파 신호 오실레이터(14)로부터 출력된 삼각파 신호와의 진폭이 비교된다. 이러한 비교 결과에 근거한 스위칭 제어 신호(펄스 신호)가 메인 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 추가된다. 스위칭 제어 신호가 고 레벨인 경우에는 메인 스위치 소자(Q1)는 온 상태가 되며, 스위칭 제어 신호가 저 레벨인 경우에는 메인 스위치 소자(Q1)는 오프 상태가 된다. 이와 같이, 2차측 정류 평활 회로(20)의 출력 전압(Vout)을 간접적으로 검출한 검출 회로(30)의 검출 결과를 기초로 하여 제어 회로(10)에 의하여 메인 스위치 소자(Q1)의 스위칭 제어가 행하여진다.
이하에서는 스위칭 전원 장치(200)의 주요한 회로 구성 부분의 동작례를 도 10a 내지 도 10f의 파형을 통하여 설명한다.
제어 회로(10)에 의하여 메인 스위칭 소자(Q1)가 온 상태에 있을 때(도 10a 내지 도 10f에서의 온 상태에 있는 동안)에는 입력 전원(5)으로부터 입력되는 입력 전압(Vin)은 입력 필터(6)에 의하여 평활되고 1차 코일(N1)에 공급된다. 이로 인해 2차 코일(N2)에 전압이 유도되고, 2차 코일(N2)의 유도 전압에 의하여 제1동기 정류기(Q2)는 온 상태가 된다(도 10d 참조). 또한 제2동기 정류기 구동 회로(25)에 의하여 제2동기 정류기(Q3)는 오프 상태가 된다(도 10c 참조). 동기 정류기(Q2, Q3)의 스위칭 동작에 의하여 2차측에는 2차 코일(N2)에서 시작하여 부하, 초크 코일(21), 제1동기 정류기(Q2)를 거쳐 다시 2차 코일(N2)에 도달하는 루프(Loof)를 따라 전류가 흐르고, 그에 의하여 출력 전압(Vout)이 부하로 출력된다. 통전에 의하여 자기 에너지가 초크 코일(21)에 축적된다.
또한, 메인 스위칭 소자(Q1)가 온 상태인 동안에, 검출 회로(30)에는 3차 코일(N3)에서의 유도 전압(도 10e 참조)에 의해 발생하는 전류가 3차 코일(N3)에서 시작하여 분압 저항(35), 제어 회로(10), 초크 코일(33), 다이오드(32)를 거쳐 다시 3차 코일(N3)에 도달하는 루프를 따라 전류가 흐르며, 검출 회로(30)로부터 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전압이 제어 회로(10)로 출력된다. 이러한 통전에 의하여 초크 코일(33)에는 출력 전압(Vout)에 의한 자기 에너지가 축적된다.
메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태 일 때(도 10a 내지 도 10f에서의 오프 상태인 동안)에는 제1동기 정류기(Q2)는 오프 상태가 되며, 제2동기 정류기(Q3)는 온 상태가 된다. 이에 따라 초크 코일(21)에 축적되어 있던 자기 에너지에 의해 발생하는 전류가, 초크 코일(21)에서 시작하여 제2동기 정류기(Q3), 부하를 거쳐 다시 초크 코일(21)에 도달하는 루프를 통하여 흐르고 부하에 출력 전압(Vout)이 출력된다. 이 때, 검출 회로(30)에서는 초크 코일(33)의 여기 에너지(Exciting Energy)에 의하여 출력 전압(Vout)에 관한 검출 전류가 초크 코일(33), 다이오드(31), 분압 저항(35, 36), 제어 회로(10)를 통하여 흐른다. 그리고 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전압은 검출 회로(30)에 출력된다.
메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프 상태면, 도 10a 내지 도 10f에서의 B기간에서 가리키는 바와 같이 1차 코일(N1)의 여기 에너지와 1차 코일(N1)과 메인 스위칭 소자(Q1)의 기생(parasitic) 용량에 의해 공진이 발생한다. 공진 동작이 종 료되고 나서 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 온 상태가 되기 전까지의 기간(A기간)에는 제1동기 정류기(Q2)의 드레인 소스(drain source) 사이에 기생 다이오드(보디 다이오드; 23)가 있기 때문에 2차 코일(N2)의 여기 상태를 유지하여야 하고, 2차 코일(N2)의 여기 전류가 제1동기 정류기(Q2)의 기생 다이오드(보디 다이오드; 23)로부터 2차 코일(N2), 제2동기 정류기(Q3)를 거쳐 다시 보디 다이오드(23)에 도달하는 루프를 따라 전류가 흐른다. 그러므로 2차 코일(N2)의 여기 전류는 초크 코일(21)을 통과하지 않기 때문에 출력 전압(Vout)과는 전혀 상관없는 전류이다.
이와 같이 보디 다이오드(23)를 통하여 2차 코일(N2)에 전류가 흐르면, 보디 다이오드(23)의 전압 강하에 따르는 전압이 2차 코일(N2)에 유도된다. 2차 코일(N2)과 3차 코일(N3)은 자기 결합하고 있고, A 기간 중에는 2차 코일의 유도 전압에 따르는 전압(VN3A)이 3차 코일(N3)에 유도된다(도 10e 참조). 3차 코일(N3)의 유도 전압(VN3A)에 의해 발생하는 전류는 초크 코일(33)에서부터 다이오드(32), 3차 코일(N3), 분압 저항(35, 36), 제어 회로(10)를 거쳐 다시 초크 코일(33)까지의 루프를 따라 흐르므로, 초크 코일(33)의 여기 에너지에 의하고 출력 전압(Vout)에 관한 검출 전류와 중첩된다.
또한 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)의 전압 강하를 Vf라고 하고, 2차 코일(N2)의 감은 회수를 N2라고 하고, 3차 코일(N3)의 감은 회수를 N3이라고 하면, 메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태 중 A 기간(1차측의 공진 동작이 종료되고 나서 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 온 되기까지의 기간)에 3차 코일(N3)에 유도된 전압(VN3A)은, VN3A=Vf×(N3/N2) 으로 나타낼 수 있다. 유도전압(V N3A)이 발생하고 있는 A기간 중에 검출 회로(30)에 유도 전압(VN3A)에 의해 발생하는 전류와 초크 코일(33)의 여기 에너지에 의한 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전류가 통전하기 때문에 검출 회로(30)에서 정류된 전압은 초크 코일(33)의 양단 전압과 다이오드(32)의 전압 강하와 3차 코일(N3)에 유도된 전압의 합과 같다. 그러나 통상 제어 회로(10)의 임피던스(impedance)는 검출 회로(30)의 임피던스보다 훨씬 높기 때문에 A 기간 중 초크 코일(33)의 양단 전압은 B 기간 중 초크 코일(33)의 양단 전압보다 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)에서의 전압 강하에 의해 발생하는 3차 코일(N3)의 유도 전압(VN3A)만큼 낮아진다(도 10f 참조).
메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태 중 A 기간에 있어서, 3차 코일(N3)의 유도 전압(VN3A)에 의하여 검출 회로(30)를 흐르는 전류는 2차 코일(N2)의 여기 에너지에 의한 전류이고, 이 전류는 출력 전압(Vout)에는 관여하지 않는 전류이다. 그로 인하여 초크 코일(33)의 여기 에너지에 근거한 출력 전압(Vout)에 관한 검출 전류와 중첩되며, 검출 회로(30)로부터 출력 전압(Vout)의 정확한 검출 전압을 얻는 것이 불가능하다는 문제가 발생한다. 동기 정류기(Q2)의 오프 상태 중 보디 다이오드(23)의 전압 강하(Vf)는 온 상태 중의 전압 강하와 비교하여 매우 크기 때문에 검출 회로(30)의 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전류에 중첩되는 위 전류의 크기를 무시할 수 없고 그로 인하여 검출 회로(30)의 출력 전압(Vout)의 검출 정밀도를 저하시키고 있다.
메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 기간 중 A 기간은 입력 전압(Vin)이 증가함에 따라 길어지고 A 기간이 길어짐에 따라 검출 회로(30)의 출력 전압(Vout)에 대한 검출 정밀도가 나빠진다. 그러므로 검출 회로(30)에서의 검출 전압에 의해 제어 회로(10)가 제어하는 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 제어에 의하여 부하의 출력 전압(Vout)이 낮아진다. 또한 주위 온도가 증가함에 따라 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)에서의 전압 강하(Vf)가 커지며, 주위 온도가 감소함에 따라 출력 전압(VOUY)에 관한 검출 회로(30)의 검출 정밀도가 낮아진다. 도 11의 그래프 중 실선a에서 보이는 바와 같이 입력 전압(Vin)의 대소나 주위 온도의 변동과는 관계없이 출력 전압(Vout)이 일정한 출력 전압 특성을 갖는 것이 바람직하지만, 도 9에서 나타내는 전원 스위칭 장치(200)의 구성에서는 입력 전압(Vin)이 증가함에 따라 출력 전압(Vout)이 감소하고 도 11의 그래프 중 점선 b, c, d에서 나타난 바와 같이 주위 온도가 감소함에 따라 입력 전압(Vin)의 변화량에 대한 출력 전압(Vout)의 변화량의 비가 증가하는 것이 출력 전압 특성이 된다.
또한 제1동기 정류기(Q2)의 드레인 소스 사이에 표면 부착된 다이오드가 설치된 경우가 있고 이 경우에도 동일한 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 메인 스위치 소자가 오프 상태인 경우 2차 코일에 직렬로 연결된 동기 정류기의 보디 다이오드 또는 표면 부착된 다이오드에 의해 발생하는 출력 전압(Vout)에 대한 검출 전압의 정밀도를 개선하여 출력 전압(Vout)에 대하여 정밀도가 높고 안정된 제어를 할 수 있는 스위칭 전원 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 다음에 나타내는 구성을 상기 문제점을 해결하기 위한 수단으로 하고 있다. 즉 본 발명은 변압기와; 상기 변압기의 1차 코일과 연결되어 있는 메인 스위칭 소자와; 상기 메인 스위칭 소자 스위치의 온/오프 동작에 의하며 변압기의 2차 코일로부터 출력된 전력을 정류·평활하고 정류·평활된 전력을 외부로 출력하는 2차측 정류 평활 회로와; 상기 변압기의 3차 코일에 유도된 전압을 이용하고 상기 2차측 정류 평활 회로의 출력 전압을 간접적으로 검출하는 검출 회로와; 상기 검출 회로에 의한 출력 전압에 대한 검출 전압에 의하고 상기 2차측 정류 평활 회로의 출력 전압의 안정화를 위해 상기 메인 스위칭 소자 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 제어 회로를 포함하는 스위칭 전원 장치에 있어서,
2차측 정류 평활 회로는 2차 코일에 직렬 연결되고 메인 스위칭 소자 스위치 의 온/오프 동작을 행하는 제1동기 정류기와; 2차 코일에 병렬 연결되고 메인 스위치 소자의 온/오프 동작과는 반대로 스위치가 온/오프로 동작하는 제2동기 정류기를 포함하고 상기 제1동기 정류기와 제2동기 정류기에 의하여 2차 코일의 출력 전력을 정류하는 구성을 이루고 있으며, 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프로 된 때부터 1차 코일의 여기 에너지에 의하여 발생된 공진 상태를 검출하고 공진 상태의 검출 신호에 의하여 공진 상태가 종료된 때부터 메인 스위칭 소자가 온 상태가 되기 전까지의 동안에 제1동기 정류기의 스위치를 조기에 온으로 되도록 하는 제1동기 정류기 제어 회로가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 관련된 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
도 1에서는 본 발명의 제1실시예의 스위칭 전원 장치의 주요한 회로 구성 부분을 나타내고 있다. 제1실시예의 설명에 있어 도 9에서 나타내는 스위칭 전원 장치(200)와 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고 공통 부분의 중복 설명은 생략한다.
본 발명의 제1실시예에서 스위칭 전원 장치(100)는 포워드 타입(forward type)의 직류간 변환기(DC-DC converter)에 의하여 구성되어 있다. 스위칭 전원 장치(100)는 1차 코일(N1), 2차 코일(N2), 3차 코일(N3)에 부가하여 4차 코일(N4)을 포함하고 있다.
4차 코일(N4)은 직류 차단 캐패시터(41)와 정류 소자인 다이오드(42)의 직렬 연결 회로와 직렬 연결되는데 직류 차단 캐패시터(41)와 다이오드(42)의 직렬 연결 회로에서 다이오드(42)의 캐소드(cathode)는 직류 차단 캐패시터(41)와 연결되어 있고 다이오드(42)의 애노드(anode)는 접지되어 있다. 다이오드(42)의 캐소드 측과 직류 차단 캐패시터(41)와의 접점 X가 제1동기 정류기(Q2)의 스위칭 제어 단자(게이트 단자)에 접속되어 있다. 제1실시예에서는 4차 코일(N4), 직류 차단 캐패시터(41), 다이오드(42)에 의하여 제1동기 정류기 제어 회로(40)가 구성된다. 그리고 제1실시예는 제1동기 정류기 제어 회로(40)의 구성 이외는 도 9의 스위칭 전원 장치(200)의 구성과 동일하다.
본 발명에서의 제1동기 정류기 제어 회로(40)의 동작례를 도 2a 내지 도 2f의 파형례에 근거하여 설명한다. 4차 코일(N4)에는 도 2b에서 나타내는 메인 스위칭 소자(Q1)의 드레인 소스 전압과는 반대되는 파형을 갖는 전압이 유도된다(도 2e 참조). 즉, 4차 코일(N4)에는 메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태 중에 있어서 1차 코일(N1)과 메인 스위칭 소자(Q1)와의 공진 동작에 의한 전압 파형이 나타난다. 4차 코일(N4)의 유도 전압이 메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태에 있어서 1차 코일(N1)과 메인 스위칭 소자(Q1)의 공진 상태에 대한 검출 신호가 된다.
4차 코일(N4)의 유도 전압은 직류 차단 캐패시터(41)에 의하여 직류 성분이 차단되고 직류 차단 캐패시터(41)를 통과한 교류 성분은 0[V]의 레벨이 올라감에 의하여 도 2f와 같은 전압 파형으로 된다. 이러한 전압은 직류 차단 캐패시터(41)와 다이오드(42)의 접점 X를 통과하여 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자에 추가된다.
또한 도 2f에 나타난 접점 X의 전압은 가장 낮은 전압치가 0[V]보다 다이오 드(42)의 순방향 전압(Vf42) 만큼 낮지만 순방향 전압(Vf42)의 크기는 매우 작기 때문에 접점 X에서의 최저 전압치는 약 0[V]라고 간주할 수 있다.
제1동기 정류기 제어 회로(40, 접점 X)로부터 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자에 추가되는 전압에 의하여 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압(Gate-Source Voltage)은 도 2d에서 나타내는 것과 같이 변경된다. 그러므로 메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태 중에 1차 코일(N1)과 메인 스위칭 소자(Q1)의 공진 상태가 종료되면서부터 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 온 상태로 되기까지의 기간(A 기간)중에 제1동기 정류기(Q1)의 게이트 소스 전압은 제1동기 정류기(Q2)의 임계 전압치를 넘는다. 이에 의해 제1동기 정류기(Q2)는 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 온 상태로 되기 전에 조기에 온 상태의 작동을 시작한다.
즉 도 9에서 나타내는 종래 스위칭 전원 장치(200)의 구성에서는 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 전 기간에 걸쳐 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압은 도 2c에서 나타내는 바와 같이 낮은 레벨이고 제1동기 정류기(Q2)는 오프 상태이다. 이에 반하여 제1실시예에 의하면, 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압은 제1동기 정류기 제어 회로(40)에서 추가된 전압에 따라 변하고 도 2d에서 나타내는 바와 같이 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 기간 중 A 기간 동안에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압은 임계 전압치를 넘고 제1동기 정류기(Q2)는 조기에 온 상태가 되는 것이 가능하다.
도 9에서 나타내는 종래 스위칭 전원 장치(200)의 구성에서는 A 기간 중에 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)와 2차 코일(N2)을 전류가 통과하고 보디 다이오드(23)의 전압 강하에 따른 전압이 2차 코일(N2)에 발생한다. 그래서 도 3b의 전압 파형이 나타나도록 A 기간 중에 3차 코일(N3)에는 전압(VN3A)이 유도된다. 이에 의하여 도 3d의 전압 파형례가 나타나도록 초크 코일(33)양단 전압이 유도 전압(VN3A)만큼 저하되고 2차측 정류 평활 회로(20)의 출력 전압(Vout)과 검출 회로(30)의 검출 전압과의 상관성이 없어진다. 이 때문에 출력 전압(Vout)이 안정화되기 위한 메인 스위칭 소자(Q1)의 고정밀 스위칭 제어가 불가능하다는 문제점이 발생한다.
이에 반하여 본 발명의 제1실시예의 구성에서는 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 기간 중 A 기간 동안 제1동기 정류기(Q2)의 스위치를 조기에 온 상태가 되도록 한다. 그래서 A 기간 동안 제1동기 정류기(Q2) 스위치의 온 동작에 의한 2차 코일(N2)의 여기 전류는 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)가 아닌 제1동기 정류기(Q2)의 드레인 소스 사이를 흐르기 때문에 보디 다이오드(23)의 전압 강하에 의해 유도 전압이 2차 코일(N2)에서 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해 도 3c 및 도 3e의 전압 파형례에서 나타내는 바와 같이 A 기간 중에 3차 코일(N3)의 전압은 0[V]가 되고, 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 동안 초크 코일(33)의 양단 전압이 변동되지 않도록 하고, 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)에 의한 악영향이 3차측에 전달되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라 출력 전압(Vout)이 안정화되도록 메인 스위칭 소자(Q1)를 정밀하게 스위칭 제어하는 것이 가 능하다.
따라서 제1실시예에 의하면 입력 전압(Vin)의 크기 변동에 의한 A 기간의 길이 변동이나, 주위 온도 변화에 의한 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)의 전압 강하 변동의 악영향을 받지 않고 미리 정해진 설정에 따라 출력 전압(Vout)을 안정적으로 출력하는 것이 가능하다. 이에 따라 신뢰성이 높은 스위칭 전원 장치를 제공할 수 있다.
또한 제1실시예의 구성에 부가하여 도 4a에서 나타내는 바와 같이 제1동기 정류기 제어 회로(40)의 다이오드(42)의 애노드 측에 저항(R1)을 직렬 연결하거나 다이오드(42)의 캐소드 측과 접점 X사이에 저항(R1)을 직렬 연결할 수 있다. 저항(R1)을 포함하여 접점 X의 전압을 0[V] 레벨로 조정할 수 있다. 즉 저항(R1)이 없는 경우(저항(R1)의 값이 0인 경우(R1=0))에는 접점 X의 전압의 0[V] 레벨은 도 4b의 점선 a에서 나타내는 레벨임에 대하여 저항(R1)을 설치하고 저항(R1)의 값을 크게 함에 따라 접점 X의 전압의 0[V] 레벨을 도 4b에서 위쪽으로 이동시킬 수 있다.
저항(R1)에 의해 조정된 접점 X의 전압의 0[V] 레벨은 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 동안 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 임계 전압치에 이르는 순간을 조정할 수 있다. 환언하면 제1동기 정류기(Q2)의 임계 전압치에 따라 저항(R1)의 값을 적절하게 설정하여 A 기간 중의 미리 설정한 순간(예를 들어 A 기간의 개시 시점(1차측의 공진 상태가 종료된 순간)에 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 온으로 되도록 하는 것이 가능하다.
이하에서는 제2실시예를 설명한다. 제2실시예의 설명에 있어서 제1실시예와 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 공통 부분의 중복 설명은 생략한다.
도 5에서 나타내는 바와 같이 제2실시예에서는 제1동기 정류기 제어 회로(40), 직류 차단 캐패시터(41)와 다이오드(42)의 접점 X(환언하면 직류 차단 캐패시터(41)와 다이오드(42), 저항(R1)의 직렬 연결 회로의 접점 X), 제1동기 정류기(Q2)의 스위칭 제어 단자인 게이트 단자와의 사이에 저항(44)과 정류소자인 다이오드(45)의 병렬 연결 회로가 들어가 있다. 이 구성 이외의 구성은 제1실시예와 동일하다.
제2실시예에서는 저항(44)이 포함되며 저항(44)과 제1동기 정류기(Q2)의 기생 용량에 따른 시정수 회로가 구성된다. 시정수 회로의 시정수는 저항(44)을 가변 설정하여 조정할 수 있기 때문에 시정수 회로에서 시정수의 조정에 의하여 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압의 충전 속도를 제어할 수 있다. 이에 의해 메인 스위칭 소자(Q1)의 오프 상태 중 A 기간 동안 제1동기 정류기(Q2)의 스위치를 조기에 온으로 작동시키는 순간을 제어 할 수 있다.
예를 들어 메인 스위칭 소자(Q1)가 오프 상태인 동안 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 도 6의 점선 K1에 나타나도록 충전된 경우 A 기간 전에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 임계 전압치를 넘고 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 온 상태가 된다. 이와 같이 A 기간 전에 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 온 상태가 되는 것은 스위칭 전원 장치(100)의 회로 동작상으로는 바람직한 상태가 아니다. 이와 같은 경우에 본 발명의 제2실시예의 구성에 의할 경우 도 6의 실선 K2 에 의하도록 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압의 충전 속도를 완화할 수 있고, 제1동기 정류기(Q2)의 스위치를 A 기간 내에 온으로 되도록 하는 것이 용이하게 된다.
또한 도 5에서 나타내는 예에 의하면 다이오드(42)에 직렬로 저항(R1)이 연결되어 있다. 위에서 설명한 바와 같이 저항(R1)의 저항값에 의해서도 A 기간 중에 있어서 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 온으로 되는 순간을 조정할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 의하면 저항(R1)과 저항(44)의 저항값을 조정함으로써 A 기간 중에 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 온으로 되는 순간을 제어할 수 있다. 그러므로 A 기간에 있어 제1동기 정류기(Q2)의 스위치를 미리 설정한 순간에 온이 되도록 하는 것이 보다 용이해진다.
본 발명의 제2실시예에 의하면 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자에 다이오드(45)의 애노드 측이 연결되어 있기 때문에 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프인 상태일 경우 다이오드(45)가 없는 경우(도 6의 쇄선 K3 참조)와 비교해서 도 6의 실선 K4에 나타난 바와 같이 다이오드(45)의 순방향 특성에 의하여 다이오드(45)의 게이트 소스 사이에서 전하가 급격하게 방전된다. 그래서 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 급격하게 감소하게 된다.
도 5에서 나타내는 예에 따르면 저항(R1)은 다이오드(42)의 애노드 측에 직렬 연결되어 있지만 저항(R1)을 다이오드(42)의 캐소드 측과 접점 X 사이에 설치해도 좋다. 도 5의 예에서 저항(R1)은 다이오드(42)에 직렬 연결되어 있지만 예를 들어 저항(R1)을 설치하지 않더라도 A 기간 내에 제1동기 정류기(Q2)의 스위치를 미 리 설정된 순간에 온으로 되도록 하는 것이 가능하다면, 저항(R1)을 생략해도 무방하다.
이하에서는 본 발명의 제3실시예를 설명한다. 본 발명의 제3실시예의 설명에 있어 제1실시예 및 제2실시예와 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 공통 부분의 중복 설명은 생략한다.
위에서 설명한 제2실시예에서는 다이오드(45)를 설치했기 때문에 다이오드(45)의 순방향 특성에 의해 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프로 된 경우에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 가파르게 내려가게 할 수 있다. 그러나 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프된 때 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 사이에 전하 방전이 지연되는 상황이 발생한 경우가 있다. 예를 들면 이러한 상황에 의해 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 도 6의 쇄선 K3에 나타나는 것과 같이 완만하게 내려가게 된다. 이러한 경우에는 스위칭 전원 장치(100)의 회로 동작이 불안정하게 된다는 문제가 발생한다.
본 발명의 제3실시예는 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프로 된 때에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압을 확실하게 급격하게 감소시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉 제3실시예에서는 제1동기 정류기 제어 회로(40)는 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자를 접지 시키기 위한 방전용 라인(47), 상기 방전용 라인(47)의 전도 온/오프를 제어하는 방전 제어용 스위치 소자(Q4, 예를 들면 MOSFET), 전원으로서 변압기(1)에 설치되는 5차 코일(N5), 상기 5차 코일(N5)과 상기 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자를 연결하는 도전 경로상에 직렬로 연결되는 캐패시터(48), 상기 캐패시터(48)와 상기 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자 사이의 도전 경로에 캐소드 측이 연결되고 애노드 측이 접지 된 다이오드(49, 정류소자), 상기 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자와 접지점(G) 사이에 연결되는 저항(50)을 포함하고 있다.
본 발명의 제3실시예에 있어서 특징적인 구성 부분의 회로 동작례를 도 8의 파형례를 이용하여 설명한다. 예를 들면 변압기(1)의 5차 코일(N5)에는 도 8b에서 나타내는 파형의 전압이 유도된다. 즉 1차 코일(N1)의 전압 파형을 반전시킨 파형의 전압이 5차 코일(N5)에 유도된다. 5차 코일(N5)의 유도 전압은 메인 스위칭 소자(Q1)가 스위칭 오프 상태가 되면 양(positive)의 전압이 된다.
5차 코일(N5)의 유도 전압은 캐패시터(48)에 의하여 직류 성분이 차단되고 캐패시터(48)를 통과한 전압은 다이오드(49)에 의하여 0[V] 레벨로 설정되고 캐패시터(48)와 다이오드(49)의 접점(Y)로부터 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자로 향해 도 8c에서 나타내는 파형으로 출력된다. 또한 접점(Y)에 있어서 전압의 최저 전압치는 0[V]보다 다이오드(49)의 전압 강하(Vf49)만큼 저하된 전압치와 같다.
접점(Y)의 전압에 기초하여 저항(50)과 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 기생 용량으로 된 미분 회로에 의하여 도 8d에서 나타내는 미분 파형의 전압(유인 펄스 신호; trigger pulse signal)이 발생하고 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자에 인가된다. 즉 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프로 된 때에 유인 펄스 신호가 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자에 인가하고 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 스위치가 온 상태로 된다. 이에 의해 방전용 라인(47)에 전기가 통하게 되고 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 사이에 축적되어 있던 전하가 방전용 라인(47)을 이용하여 방전되고 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 오프 상태로 된다. 즉 본 발명의 제3실시예에서는 캐패시터(48)와 다이오드(49)와 저항(50)에 의해 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프 상태로 된 때에 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 스위치는 온 상태로 되고 제1동기 정류기(Q2)의 스위치가 오프로 되도록 하는 오프 제어용 회로를 구성하고 있다.
상기와 같이 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프 상태로 된 때에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 사이의 전하를 강제로 방전시킬 수 있기 때문에 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압을 급격하게 감소시킬 수 있다. 이로 인해 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 소스 전압이 완만하게 감소하는 문제를 방지할 수 있다.
또한 제3실시예에서는 메인 스위칭 소자(Q1)의 스위치가 오프 상태로 된 때에 방전 제어용 스위치 소자(Q4)를 온 상태로 구동시키기 위한 전력을 발생하기 위한 전원으로서 5차 코일(N5)을 설치했지만 예를 들어 5차 코일(N5)을 대신하여 2차측의 초크 코일(21)을 전원부로서 이용할 수 있다. 즉 초크 코일(21)의 양단 전압은 도 8f에서 나타낸 바와 같이 메인 스위칭 소자(Q1) 스위치의 온/오프 동작에 동기(synchronized)되는 것으로서 음(negative)의 극성에서 양의 극성으로 증가한다. 이를 이용하여 방전 제어용 스위치 소자(Q4)를 온 상태로 구동하기 위한 전력을 만들 수 있다.
또 5차 코일(N5)이나 초크 코일(21)에 의하지 않고 초크 코일(21)에 자기결합 코일을 전원으로 설치하고 해당 코일에 유도된 전압을 이용하여 방전 제어용 스위치 소자(Q4)를 온 상태로 구동하기 위한 전력을 만드는 구성도 무관하다.
본 발명의 제3실시예의 구성에 부가하여 제1동기 정류기 제어 회로(40)의 캐패시터(48)로부터 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자에 이르기까지의 도전 라인(예를 들어 도 7에 나타나는 캐패시터(48)와 접점(Y)의 사이, 접점(Y)과 접점(Z)의 사이, 접점(Z)과 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자 사이)상에 저항을 설치할 수도 있다. 저항을 설치하는 것에 의하여 변압기(1)의 누출 인덕턴스(leakage inductance)로 인한 노이즈가 5차 코일(N5)에 유도된 경우 설치된 저항에 의하여 노이즈를 작게 할 수 있고 노이즈로 인한 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 스위칭 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 다이오드(49)를 대신하여 제너(Zener) 다이오드를 설치할 수도 있다. 제너 다이오드는 5차 코일에 유도된 전압이 매우 커진 경우 그 전압의 일부를 방출할 수 있다. 이로 인해 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자에 한계 전압 이상의 큰 전압이 인가되는 상황을 방지할 수 있고, 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자 파손을 막을 수 있다. 물론, 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 한계 전압이 높고 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자에 한계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우가 거의 없는 경우에는 제너 다이오드를 설치하지 않더라도 방전 제어용 스위치 소자(Q4)의 게이트 단자의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명은 제1실시예 내지 제3실시예의 형태로 한정되는 것이 아니고 다양한 실시의 형태를 얻을 수 있다. 예를 들어 제1내지 제3실시예의 구성에 부가하여 도 1, 도 5, 도 7에서 점선으로 나타낸 저항(R2)을 이용하여 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자를 접지 시킬 수도 있다. 이로 인해 제1동기 정류기(Q2)의 게이트 단자의 전위를 안정시킬 수 있다.
또한 제1실시예 내지 제3실시예의 구성에 부가하여 제1동기 정류기(Q2)의 드레인 소스 사이에 병렬로 표면 부착 다이오드를 설치해도 좋다. 표면 부착 다이오드는 제1동기 정류기(Q2)의 보디 다이오드(23)와 동일한 문제를 초래할 우려가 있기는 하지만 제1실시예 내지 제3실시예에서 특유한 구성을 구비하고 있기 때문에 표면 부착 다이오드가 설치되어도 제1실시예 내지 제3실시예와 마찬가지로 입력 전압(Vin)의 변동이나 주위 온도 변동에 의한 영향을 받지 않고 출력 전압(Vout)을 안정하게 할 수 있다.
본 발명에 의하면 메인 스위칭 소자가 오프 상태에 있는 중 1차측의 공진 상태가 종료된 때부터 메인 스위칭 소자가 온 상태가 되기까지의 동안(A 기간)에, 제1동기 정류기의 스위치를 조기에 온 상태가 되도록 하는 제1동기 정류기 제어 회로가 포함되므로 제1동기 정류기 제어 회로에 의해 상기 A 기간 중에 제1동기 정류기의 스위치가 온 상태로 되게 할 수 있다. 제1동기 정류기의 스위치 온 동작에 의해 2차 코일의 여기 전류는 제1동기 정류기(MOSFET)의 드레인 소스 사이에 통하게 되고 제1동기 정류기의 보디 다이오드(기생 다이오드)에 전류가 통하는 것을 막을 수 있다. 따라서 A 기간 중에 제1동기 정류기의 보디 다이오드의 전압 강하로 인한 3차 코일의 유도 전압에 의해 검출 회로의 출력전압의 검출 정밀도가 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 이로 인해 입력 전압의 변동이나 주위 온도 변동에 관계없이 2차측 정류 평활 회로로부터 미리 설정된 출력 전압을 안정적으로 출력하는 것이 가능해지고 스위칭 전원 장치의 신뢰성을 현격하게 향상시킬 수 있다. 또한 제1동기 정류기에 표면 부착 다이오드가 설치되어 있는 경우에도 상기 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제1동기 정류기 제어 회로는 변압기에 설치한 4차 코일과 직류 차단 캐패시터와 정류 소자의 직렬 회로를 포함하며 직류 차단 캐패시터와 정류 소자의 직렬 회로는 직류 차단 캐패시터를 4차 코일측으로 하여 직렬 연결하고 직류 차단 캐패시터와 정류 소자의 접점이 제1동기 정류기에 있는 스위칭 제어 단자에 연결되어있는 구성이다. 또한 정류 소자에는 저항이 직렬 연결되고 정류 소자와 저항의 직렬 회로는 직류 차단 캐패시터에 직렬 연결되어 있고 직류 차단 캐패시터와 정류소자, 저항의 직렬 회로의 접점이 제1동기 정류기의 스위칭 제어용 단자에 연결되어 있는 구성을 하고 있다. 따라서 간단한 구성으로 제1동기 정류기 제어 회로를 구현할 수 있다.
또한 직류 차단 캐패시터와 정류 소자를 포함한 직렬 회로와 제1동기 정류기의 스위칭 제어 단자 사이에 있는 전력 도통 경로에 저항과 정류 소자의 병렬 회로가 설치되어 있는 구성을 하고 있고, 병렬 회로의 저항과 제1동기 정류기의 내부 용량(기생 용량)에 의하여 시정수 회로를 구성할 수 있다. 이에 의해 시정수 회로 의 시정수 조정에 의해 A 기간 중에 있어서 제1동기 정류기 스위치가 온이 순간을 용이하게 조정하는 것이 가능해진다. 또한 병렬 회로의 정류 소자의 순방향 특성에 의해 제1동기 정류기의 스위치가 오프 상태로 되는 순간에 제1동기 정류기의 스위칭 제어 단자의 전압을 급격하게 내려가게 할 수 있다.
제1동기 정류기 제어 회로에는 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 제1동기 정류기의 게이트 소스 사이의 전하를 방전시키고 제1동기 정류기를 오프시키는 오프 제어용 회로가 포함되어 있는 구성에 의하여 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 빠르게 제1동기 정류기의 게이트 소스 사이의 전하가 방전할 수 있고 제1동기 정류기의 게이트 소스 전압을 0[V] 레벨까지 저하시키는 것을 할 수 있다. 이에 따라 예를 들어 전류의 역류 또는 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 직후에 제1동기 정류기의 게이트 소스 사이에 전하가 남아 있는 것에 기인한 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
제1동기 정류기 제어 회로의 전원은 변압기에 설치되고 메인 스위칭 소자가 오프된 때에 양의 전압의 전력 출력을 시작하는 코일에 의하여 구성하거나 2차측 정류 평활 회로에 마련되어 있는 평활용의 초크 코일을 전원으로서 이용하도록 구성하거나 2차측 정류 평활 회로의 평활용의 초크 코일에 자기 결합되어 있는 코일을 전원으로서 이용하도록 구성할 수 있다. 이에 의하여 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 방전 제어용 스위치 소자를 온 상태로 구동시키기 위한 전력을 간단한 구성으로써 발생시킬 수 있다.
본 발명은 변압기의 1차 코일에 접속된 메인 스위칭 소자를 PWM방식으로 제 어하고 메인 스위칭 소자의 스위치 온/오프 동작에 의하여 2차 코일로부터 출력된 전력을 동기 정류기를 이용하여 정류하여 더욱 평활된 전압을 외부에 출력하는 구성을 스위칭 전원 장치에 적용할 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나 상기와 같이 특정된 실시예보다 많은 방법을 가정하거나 다양한 방법으로 적용하는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가에게는 자명한 것이다. 따라서 실시예 이외에 추가되는 청구항은 실질적인 발명의 범위 안에서의 모든 적용을 포함한다.

Claims (9)

1차 코일, 2차 코일, 3차 코일을 포함하는 변압기;
상기 변압기의 1차 코일에 연결되어 있는 메인 스위칭 소자;
상기 메인 스위칭 소자의 스위치 온/오프 동작에 의하여 상기 변압기의 2차 코일로부터 출력되는 전력을 정류·평활하고 외부에 출력하는 2차측 정류 평활 회로;
상기 변압기의 3차 코일에 유도된 전압을 이용하여 상기 2차측 정류 평활 회로의 출력 전압을 간접적으로 검출하는 검출 회로 및;
상기 검출 회로에 의한 출력 전압에 대한 검출 전압에 기초하여 상기 2차측 정류 평활 회로의 출력 전압을 안정하게 하기 위해 상기 메인 스위칭 소자의 스위치 온/오프 동작을 제어하는 제어 회로;를 포함하는 스위칭 전원 장치에 있어서,
상기 2차측 정류 평활 회로는 상기 2차 코일에 직렬 연결되며 상기 메인 스위칭 소자의 온/오프 동작과 동일한 동작을 하는 제1동기 정류기와, 상기 2차 코일에 병렬 연결되며 상기 메인 스위칭 소자의 온/오프 동작과 반대의 동작을 하는 제2동기 정류기를 포함하고, 상기 제1동기 정류기와 제2동기 정류기는 2차 코일의 출력 전력을 정류하는 기능을 수행하며,
상기 스위칭 전원 장치는 상기 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때부터 1차 코일의 여기 에너지에 의하여 발생되는 공진 상태를 검출하고 상기 공진 상태의 검출 신호에 근거하여 공진 상태가 종료된 때부터 상기 메인 스위칭 소 자의 스위치가 온 상태로 되기까지의 동안에 상기 제1동기 정류기의 스위치를 조기에 온 상태로 되도록 하는 제1동기 정류기 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1동기 정류기 제어 회로는 상기 변압기에 설치된 4차 코일과, 직류 차단 캐패시터와 정류 소자의 직렬 회로를 포함하고, 상기 직류 차단 캐패시터와 상기 정류 소자의 직렬 회로는 상기 직류 차단 캐패시터를 상기 4차 코일 측으로 하여 상기 4차 코일에 직렬 연결되어 있고, 상기 직류 차단 캐패시터와 상기 정류 소자의 접점이 상기 제1동기 정류기 내의 스위칭 제어용 단자에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 2 항에 있어서,
저항이 정류 소자에 직렬로 연결되어 있고, 상기 정류 소자와 상기 저항의 직렬 회로는 상기 직류 차단 캐패시터에 직렬 연결되어 있고 상기 정류 소자와 상기 저항의 직렬 회로와 상기 직류 차단 캐패시터의 접점이 상기 제1동기 정류기의 스위칭 제어 단자에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 2 항에 있어서,
저항과 정류기의 병렬 회로가 상기 직류 차단 캐패시터와 상기 정류기의 직렬 회로와 상기 제1동기 정류기의 스위칭 제어용 단자 사이의 전력 통과 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 저항과 정류기의 병렬 회로가 상기 직류 차단 캐패시터와 상기 정류기의 직렬 회로와 상기 제1동기 정류기의 스위칭 제어용 단자 사이의 전력 통과 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1동기 정류기는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)에 의해 구성되어 있고 상기 제1동기 정류기 제어 회로에는 상기 제1동기 정류기의 스위칭 제어용 단자인 게이트 단자를 접지시키는 방전 라인과, 상기 방전 라인의 전류 통과 온/오프를 제어하는 방전 제어 스위치 소자와, 상기 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 상기 방전 제어 스위치 소자를 온 상태로 구동시키기 위한 전력을 발생하는 전원과, 상기 방전 제어 스위치 소자를 온 상태로 구동시키는 전력에 기초하여 상기 방전 제어 스위치 소자를 온 상태로 구동시키고 상기 제1동기 정류기의 게이트 소스 사이에 축적되어 있는 전하를 상기 방전 라인을 통하여 방전시키고 상기 제1동기 정류기의 스위치가 오프 상태가 되도록 하는 오프 제어용 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제1동기 정류기 제어 회로의 전원은 상기 변압기에 설치되고 상기 메인 스위치 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 양의 전압의 전력 출력을 시작하는 코일에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 2차측 정류 평활 회로는 평활용의 초크 코일을 갖도록 구성되어 있고 상기 제1동기 정류기 제어 회로는 상기 평활용의 초크 코일을 전원으로 이용하고 상기 평활용의 초크 코일에서 발생하는 전압을 이용하여 상기 메인 스위칭 소자의 스위치가 오프 상태로 된 때에 상기 방전 제어 스위치 소자를 온 상태로 구동시키고 상기 제1동기 정류기의 스위치를 오프 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 2차측 정류 평활 회로는 상기 평활용의 초크 코일을 갖도록 구성되어 있고, 제1동기 정류기 제어 회로의 전원은 상기 평활용의 초크 코일에 자기 결합한 코일에 의하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
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