KR100827001B1 - 스위칭 전원공급장치에서 전류 및 전압을 제어하기 위한 제어회로 및 그 제어방법 - Google Patents

스위칭 전원공급장치에서 전류 및 전압을 제어하기 위한 제어회로 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1차 측 주권선 및 2차 측 주권선으로 되어 1차 측에서 2차 측으로 에너지펄스가 전달되도록 한 변압기로 구성하여 1차 측에서 제어되도록 한 스위칭 전원공급장치에서 전류 및 전압을 제어하기 위한 회로에 관한 것이다. 1차 측 주권선을 통한 1차 전류는 1차 측 스위치에 의해서 개폐된다. 1차 전류비교기가 1차 전류에 따라서 그 스위치의 분리시점을 결정한다. 출력전압의 부하의존성을 감소시키기 위해서, 제어변수를 피드백 네트워크(feedback network)에 의해서 여러 가지로 증폭시키고, 또한 정정 네트워크를 통해 출력부하에 따라서 감소시킨다. 저주파에서 에너지가 풍부한 펄스전달로 인해 발생하는 소음과 출력전압을 요동을 감소시키기 위해서, 제어변수를 1차 전류비교기로 피드백시켜서 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 지속시간이 다르게 감소하도록 한다. 스위치 연결시점을 결정할 때 실패의 가능성을 줄이기 위해서 제어변수에 따른 비교전압이 기준전압으로서 발생 되도록 한다.
스위칭, 전원공급장치, 변압기, 주권선, 제어변수, 제어신호, 제어회로, 전류비교기

Description

스위칭 전원공급장치에서 전류 및 전압을 제어하기 위한 제어회로 및 그 제어방법{CONTROL CIRCUIT AND CONTROL METHOD FOR CURRENT AND VOLTAGE CONTROL IN A SWITCHING POWER SUPPLY}
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따라서 분압기를 사용한 제어회로의 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어회로의 일부를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라서 정정 네트워크를 갖춘 제어회로의 구성도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라서 분압기와 정정 네트워크를 갖춘 제어회로의 구성도.
도 5는 전압-시간 변환기의 회로구성도.
도 6은 1차 측 스위치에 대한 제어신호의 정성적인 시간적 흐름을 도시한 도면.
도 7은 전압-시간 변환기 내에서 전압비교에 관한 신호를 도해한 도면.
도 8은 종래 기술의 제어회로의 구성도.
본 발명은 1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치(switching power supply)에서 전류와 전압을 제어하기 위한 회로에 관한 것이다. 스위칭 전원공급장치는 1차 측 및 2차 측 주권선을 갖춘 변압기로 구성하여, 전기에너지가 1차 측에서 2차 측으로 전달되도록 한 것이다. 1차 측 주권선을 통한 1차 전류는 1차 측의 스위치에 의해서 흐르게 되거나 또는 끊기게 된다. 또한, 본 발명은 1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압과 출력전류를 제어하는 방법에 관한 것이다.
전기장치들이 올바로 동작하기 위해서는 통상 정확한 공급전압을 필요로 하는데, 이러한 공급전압은 대부분의 경우에 전력공급망으로부터 공급되는 주전압과는 별개의 것이다. 컴퓨터나 텔레비전 수상기와 같은 많은 전기장치들은 전원공급장치를 포함하고 있다. 배터리로 전력공급을 받는 장치도 배터리의 충전상태에 상관없이 내부의 동작전압을 일정하게 유지시키기 위해서 전원공급장치를 갖추고 있다.
전원공급장치의 기능은 공급전압, 대부분 전력공급망으로부터 공급되는 주전압을 전기장치들의 동작에 필요한 더 높거나 더 낮은 전압으로 변환하는 것이다. 전력공급망의 전압은 전원공급장치의 1차 측에 가해지고, 전기장치는 2차 측에 접속된다.
더구나, 전력공급망과 전기장치 간의 직접적인 저항접속은 안전상의 이유로 금지되어 있다. 따라서, 1차 측과 2차 측은 서로 직접적인 전류접촉이 이루어지지 않도록 분리하여 전력공급망의 높은 교류전압이 직접 전기장치에 도달하지 못하게끔 한다. 이것을 실행하는 것이 변압기로서, 전기에너지를 1차 측에서 2차 측으로 전달하는 것이다.
전기장치의 안전한 동작을 위해서는 2차 측의 출력을 제어해야한다. 이러한 출력제어는 1차 측 또는 2차 측에서 할 수가 있는데, 각각 장·단점들이 있다. 2차 측에서 제어되는 전원공급장치는 종종 입력과 출력 사이에 직접전류접촉을 차단하기 위한 장치가 되어있지 않은 경우들이 있다. 따라서, 이러한 전원공급장치는 배터리로 동작하는 장치에서와 같이 이미 직접전류접촉을 차단하는 장치가 되어 있는 경우에 사용한다.
본 발명은 1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이 스위칭 전원공급장치는 내부적으로 전력공급망의 교류전압의 주파수, 유럽 전력망의 경우 대략 50Hz의 주파수로 동작하지 않고, 통상 20kHz를 넘는 더 높은 주파수로 동작한다.
이러한 주파수의 증가는 예컨대, 최소한 하나의 MOSFET으로 이루어진 1차 측 스위치에 의해서 이루어진다. 이와 달리 절연 게이트 2극 트랜지스터(IGBT)들을 사용해서 이러한 목적을 달성할 수도 있다. 필요한 직류전압은 정류장치를 사용해서 전력공급망의 교류전압으로부터 발생시킨다. 이어서, 직류전압을 예정된 주파수로 단속(switched on and off)시켜서 교류전압을 발생시킨다.
공지의 선형제어 전원공급장치에 비해서 스위칭 전원공급장치의 장점은 변압기를 내적으로 제어하는 주파수가 현저하게 더 높다는 것이다. 변압기의 필요한 권 선량은 주파수에 반비례하기 때문에, 구리의 손실이 현저하게 감소 됨과 아울러, 변압기의 크기 현저하게 줄어든다. 전원공급장치를 더 가볍고 더 소형으로 만들 수 있는데, 이는 변압기가 더 이상 무거운 철심을 필요로 하지 않기 때문이다. 이와 아울러, 스위칭 전원공급장치의 기타 성분들도 작게 만들 수 있으므로 비용절감을 할 수 있게 된다.
스위칭 전원공급장치의 단점은 가청소음이 발생할 수 있다는 것이다. 이 소음은 한편으로는, 주파수가 더 높을 때 현저하게 더 높은 에너지를 갖게 되는 스위칭 전류에 의해서 발생한다. 다른 한편으로는, 스위칭 전원공급장치의 주파수제어 조작에 의해서 소음이 발생한다. 그 이유는 변압기의 신속한 스위치 단속 동작에 의해서 주파수가 사람의 가청범위에 있게 되면 윙윙거리는 소리가 들릴 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 출력은 입력과 직접적인 전류접촉을 할 수 없도록 되어 있으므로, 변압기의 제어는 상기 생성시킨 고주파 교류전압에 의해서 한다. 변압기는 서로 자기적으로 연결된 최소한 하나의 1차 측 주권선과 최소한 하나의 2차 측 주권선으로 구성된다. 1차 측 주권선 상의 스위치는 통상 그 주권선을 통과하는 전류를 단속시키는 것이다. 이러한 식으로 전기에너지가 1차 측 주권선에 충전되는 것이다.
필요한 출력은 2차 측 권선에서 얻게 되는데, 1차 측 권선의 에너지가 매 번의 충전작업 후에 2차 측 권선으로 전달되는 것이다.
따라서, 높은 클록 주파수를 갖는 에너지 펄스들을 전력공급망으로부터 1차 측 스위치를 통해서 발생시켜 1차 측 및 2차 측 권선 간의 자기결합을 통해서 출력 으로 전달한다. 실질적인 에너지의 전달 또는 변환은 서로 다른 시점들에서 일어날 수 있는데, 이에 따라서 차단 변환기(blocking converter), 유동 변환기(flow converter) 및 공진 변환기(resonance converter) 등으로 구분한다.
이하에서는, 저지 변환기의 경우에 관해서만 살펴 볼 것이며, 이 경우에 1차 측에서 2차 측으로의 에너지의 전달은 스위치의 차단 위상(blocking phase) 중에, 즉, 1차 측 주권선에 전류가 흐르지 않을 때에 일어난다.
가정용 전기기구, 휴대전화기, PC 등과 같은 소비재의 경우와 같이, 직류전압을 출력전압으로 발생시켜야 할 경우에는 2차 측 권선에 유기되는 교류전압을 별도의 2차 측 정류단에서 직류전압으로 변환시켜야 한다. 이 경우 별도의 저주파 통과 필터로 직류전압을 평탄하게 하여 출력전압의 요동(waviness)을 감소시킨다.
출력제어는 통상 폐쇄제어회로에 의해서 이루어지는데, 모든 동작조건하에서 일정한 출력전압을 유지하는데 그 목적이 있다. 제어변수를 발생시키기 위한 공지의 해결책은 예컨대, 국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2에서 볼 수 있듯이 1차 측 부권선(auxiliary winding)에 의해서 신호를 피드백시키는(feedback) 것이다. 1차 측 스위치가 분리되면(switch off) 1차 측 부권선에 전압펄스가 유기된다. 이 펄스를 사용하여 출력전압에 비례하는 보조전압을 발생시킨다. 이 보조전압은 부권선에서 제어범위 내에 있도록 제어된다. 이러한 정보는 저지위상, 즉, 스위치가 분리되어 있는 동안에만 얻을 수 있기 때문에, 그 전압 값을 정지시간 및 유동위상 중에 유지하기 위한 샘플-홀드 회로가 포함된다.
보조전압의 값은 실제 값으로서 목표치인 기준전압과 비교한다. 실제 값과 목표치 간의 차이, 즉 제어편차는 1차 측 스위치의 제어에 영향을 주어서 전달되는 에너지가 조정될 수 있도록 한다. 전력공급망의 전력의 변화와 아울러 부하전류의 변화는 제어회로로 제어한다.
주파수와 아울러 펄스 폭의 제어는 스위치 제어에 의해서 결정된다. 스위치 연결시점은 저지위상의 지속시간과 그에 따라서 주파수를 결정한다. 스위치 분리시간은 전류의 지속시간과 그에 따라서 전달되는 에너지에 일치하는 펄스 폭을 결정한다.
이러한 1차 측 제어 스위칭 전원공급장치를 위한 공지의 회로는 국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2로부터 도출할 수 있다. 이 공지의 회로의 구조는 도 8에 도시하였으며, 그 기능에 관해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
가장 중요한 성분은 1차 측과 2차 측을 전류접촉이 되지 않도록 분리시키는 변압기로서, 1차 측 및 2차 측 주권선 PW 및 VS로 구성된다. 이 두 주권선들은 서로 자기결합되어(magnetically coupled) 전기에너지 펄스들을 1차 측에서 2차 측으로 전달할 수 있다.
1차 측 주권선에서 에너지의 흐름은 1차 측 스위치 T1에 의해서 제어된다. 스위치 T1을 연결했다가 분리함으로써(켰다가 끔으로써), 1차 측 주권선 PW에 의한 1차 전류가 중단된다. 1차 측 주권선에 저장되는 에너지는 스위치 분리시에 권선을 통과하는 전류의 양에 의존한다. 전류의 양이 많을수록 더 많은 에너지가 축적되어 결과적으로 2차 측에 전달된다.
에너지펄스의 전달은 스위치 T1의 저지위상 중에 일어나는데, 이것은 스위치 와 1차 측 주권선을 통해서 전류가 흐르지 않을 때를 의미한다. 트랜지스터 T1의 개폐는 공급전압 VP를 받는 구동장치(801)에 의해서 제어된다.
또한, 변압기는 1차 측 부권선 HW를 갖추고 있는데, 1차 측 스위치 T1을 분리시키면 그 부권선에 전압펄스가 유기된다. 이 부권선에 유기된 전압펄스는 출력전압에 비례하며, 출력전압은 2차 측에 사용되는 부하에 의존한다. 부권선에 유기된 전압펄스의 값은 제어변수로 사용되며, 제어범위 내에 있도록 제어되는 것이다.
제어를 위한 작동 부재는 트랜지스터 T1으로 이루어지며, 이것의 켜지고 꺼지는 시간에 의해서 제어가 이루어진다. 도 6은 도 8의 구성의 1차 측 스위치 T1을 위한 제어신호 G의 과정을 도시한 것이다. 스위치 분리지속시간 tout과 이에 따른 클럭 주파수는 스위치 연결시점 tin에 의해서 제어할 수 있다. 에너지 펄스 폭 tin은 스위치 분리지속시간 tout에 의해서 조정할 수 있으며, 따라서 1차 측 주권선에서 전달될 에너지를 조정할 수 있다.
스위치 분리시점은 1차 전류비교기(802)에 의해서 결정된다. 1차 측 주권선 PW와 트랜지스터 T1을 통해서 흐르는 1차 전류는 저항 R5로 흘러들어가며, 이 저항 R5을 통해서 전압강하가 일어난다. 이 전압강하는 1차 전류비교기(802)에 의해서 일정한 기준전압과 비교된다. 기준전압을 초과하게 되면, 구동장치(801)는 제어신호 G를 보내서 트랜지스터 T1이 더 이상 통전되지 않고 꺼지도록 한다. 그러므로 공지기술에서 스위치 분리시점은 1차 측 부권선의 제어변수에 의해서 영향을 받지않기 때문에 매 펄스당 동일한 양의 에너지가 전달된다.
스위치 연결시점은 제어변수에 의해서 결정된다. 이러한 정보는 저지위상, 즉, 스위치가 분리되어 있는 동안에만 얻을 수 있기 때문에, 그 전압 값을 정지시간 및 유동위상 중에 유지하기 위한 샘플-홀드 회로 S&H가 포함된다.
제어변수는 1차 측 스위치 T1의 연결시점을 결정하는데 영향을 주는 것이다. 제어변수는 시간에 따라서 지수적으로 상승하는 기준전압 Exp.Ref과 비교한다. 이 지수적인 기준전압이 제어변수에 도달하면, 트랜지스터 T1은 연결되어(켜져서) 1차 측 주권선을 통해서 전류가 흐르게 된다.
국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2에 나타낸 구성에서 출력전압은 2차 측에 사용된 부하에 따라서 변한다. 이러한 변화를 보상하기 위해서, 클럭 주파수를 증가 또는 감소시키는 것이다. 이것은 저지위상, 즉 스위치 연결시점을 통해서만 일어나는 것이다. 스위치 분리시간은 스위치 연결시간과 이에 따라서 전류 지속시간에 대하여 항상 동일하게 유지된다.
부하가 낮으면, 출력 측에서 에너지가 덜 소모된다. 매 펄스당 동일한 에너지가 출력 측으로 전달되기 때문에, 스위치 제어의 클록 주파수를 감소시켜 더 낮은 에너지가 전달되도록 해야 한다. 출력 측에서 사용되는 부하가 다시 증가하면, 클럭 주파수를 그에 맞게 증가시켜서 더 큰 에너지가 출력 측에 공급되도록 한다.
이미 언급한 바와 같이, 공지의 제어회로의 문제는 주파수가 보조전압의 목표치로부터의 편차에 따라서 조정되기 때문에 출력전압이 부하에 의존한다는 것이다. 부하가 낮으면, 출력전압과 그와 대응하는 부권선의 보조전압이 상승한다. 부하가 커지면 출력전압이 강하하고, 그에 상응하여 보조권선의 보조전압도 강하한 다.
인용한 제어회로의 또 한 문제는 낮은 주파수를 가진 낮은 부하의 에너지가 풍부한 펄스들이 연결될 경우에 가청소음이 발생 되는 것이다. 또한, 이와 관련된 문제는 출력전압의 요동이 비교적 심하다는 것이다.
또 한 문제는 클럭 주파수의 제어가 실패하기 쉽다는 것이다. 이 제어에서 보조권선에서 취한 전압은 지수적 기준전압과 비교하여 스위치를 다시 연결해서 그 권선에 전류가 흐르도록 하는 시간을 결정한다. 기준전압은 보조권선에서 취한 전압과 일치할 때까지 대체로 함수 U-ref = k(1-e(-t/ tau )에 따라서 상승한다.
샘플-홀드 장치의 출력은 지수적 기준전압과의 비교를 하는 짧은 시간 동안 일정하게 유지된다.
지수적 기준전압은 특히 스위칭 시간이 더 길어질 때 일정하게 유지된 보조전압에 느리게 접근할 수 있을 뿐이다. 지수적 기준전압과 일정하게 유지된 출력전압이 교차할 때까지 비교적 긴 시간 동안, 기준전압과 출력전압의 차이가 작게 나며, 이것은 그 시간의 결정에 큰 간섭을 초래할 수 있다. 이것을 도 7에서 곡선 701로서 도시하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 출력전압의 부하의존성을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또한 목적은 출력전압의 소음과 요동을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또한 목적은 스위치 연결시점을 결정할 때 실패할 가능성을 감소 시키는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라서 본원의 독립 청구항들의 특징들을 포함하는 제어회로에 의해서 달성된다.
본 발명의 유익한 여러 발전 형태들은 후술하는 여러 종속 청구항들에 기재된 발명에 의해 달성된다.
본 발명에 의한 제어회로는 1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하기 위한 것으로서, 스위칭 전원공급장치는 1차 측 주권선과 2차 측 주권선으로 구성하여 전기에너지펄스가 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기, 그 제어회로의 제어신호에 따라서 1차 측 주권선을 통하는 1차 전류를 켜고 끄는 1차 측 스위치, 1차 측의 스위치를 분리한 후에(끈 후에) 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding), 그 전압펄스의 값을 표본추출 및 유지하여 제어신호를 발생시키기 위한 기초가 되는 제어변수를 발생시키기 위한 샘플-홀드 장치(S&H), 및 1차 전류에 따라서 1차 측 스위치의 분리시점을 결정하는 비교기로 구성한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 그 제어변수를 상기 1차 전류비교기로 피드백하여 상기 1차 측 스위치의 분리시점이 그 제어변수의 영향을 부가적으로 받도록 함으로써 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 지속시간이 다르게 감소하도록 하는 것이다. 특히, 부하가 낮을 때는 낮은 에너지의 펄스들이 연결되고, 그 스위치의 클 럭 주파수는 증가한다. 주파수를 증가시키고 전달되는 에너지를 감소시킴으로써, 동작소음이 감소함과 아울러 출력전압의 요동이 감소한다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 본 제어회로는 상기 제어변수에 따라서 상기 1차 측 스위치의 연결시점을 결정함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 중단 지속시간이 결정하는 것이다. 상기 스위치의 개폐는 그 제어회로에 의해서 제어되는 것이다. 여기에서는 더 이상의 다른 제어가 필요치 않다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 제어변수의 피드백은 분압기를 통해서 이루어지는데, 이것은 회로수단에 의해서 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 제어변수를 피드백시키기 전에 증폭하여 제어변수의 신호가 너무 약해지는 것을 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 연산증폭기를 네트워크를 통해서 접속하여 네트워크로 하여금 연산증폭기의 증폭량을 조정하도록 하는 것이다. 따라서, 증폭량은 가변적으로 조정될 수 있다.
이와 아울러, 바람직하게는, 상기 분압기는 두 개의 저항으로 구성하여 제1 저항의 제1 단자는 상기 증폭기의 출력에 접속되도록 하고, 제1 저항의 제2 단자는 상기 1차 전류비교기의 한 입력단과 제2 저항의 제1 단자에 접속되도록 하고, 제2 저항의 제2 단자는 상기 1차 측 스위치의 1차 전류의 통전단자에 접속되도록 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 제어회로에 하나의 증폭기를 포함시켜서 그 비반전 입력단자는 상기 샘플-홀드 장치의 한 출력에 접속시키고, 그 증폭기의 출력은 피드백 네트워크(feedback network)를 통해서 그 반전 입력단에 접속시키 되, 그 피드백 네트워크는 제1 저항, 이것에 직렬접속된 캐패시터, 상기 제1 저항과 캐패시터에 병렬접속된 제2 저항, 및 상기 제1 및 제2 저항과 캐패시터의 병렬접속에 직렬접속되는 한편 접지되는 제3 저항으로 구성하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 1차 측 부권선과 샘플-홀드 장치의 사이에 정정 네트워크를 접속시켜서 상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생하는 전압이 상기 2차 측에 사용되는 부하에 따라서 상승토록 하는 것이다. 이렇게 해서 출력전압의 부하의존성을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 상기 전압은 2차 측에서 사용하는 부하에 따라서 캐패시터에서 개폐되며, 그 캐패시터 전압은 저항을 거쳐서 1차 측 측정 입력단에 인가되는 전압을 감소시키는 것이다.
또한, 바람직하게는, 상기 정정네트워크는 세 개의 저항, 하나의 다이오드 및 하나의 캐패시터로 구성하여 제1 저항의 제1단자는 제어회로에 접속하고 그 제2단자는 상기 부권선에 접속하고, 제2저항의 제1단자는 제1저항의 제1단자에 접속하고, 제2저항의 제2단자는 상기 캐패시터의 제1단자에 접속하고, 제3저항의 제1단자는 상기 캐패시터의 제1단자에 접속하고, 제3저항의 제2단자는 상기 다이오드의 양극단자에 접속하고 그 음극단자는 상기 부권선에 접속하고, 상기 캐패시터의 제2단자는 접지시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 다른 제어회로는 상기 제어변수를 비교전압과 비교하여 상기 1차 측 스위치의 연결시점을 결정하고, 상기 비교전압은 상기 제어변수에 따라서 결정되도록 한다. 따라서, 지수적으로 증가하는 기준전압을 비교전압 으로 사용하지 않고, 그 출력전압 그 자체 의존하여 선형적으로 증가하는 기준전압을 사용한다. 이렇게 하면 상기 스위치 연결시점을 결정할 때 실패할 가능성이 줄어드는 잇점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제어회로는 1차 전류비교기를 갖추어 1차 전류에 따라서 1차 측 스위치의 첫 번째 분리시점을 결정토록 하는 것이다. 그 스위치의 개폐는 제어회로에 의해서 제어한다. 이러한 관점에서 더 이상의 제어가 필요치 않다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 비교회로 캐패시터를 충전함으로써 결정된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 트랜지스터가 상기 캐패시터의 충전을 제어한다.
더욱 바람직하게는, 제어회로에 제1증폭기를 포함시켜서 제어변수를 증폭시키되, 제1증폭기의 비반전 입력단은 제1트랜지스터의 컬렉터 입력단에 접속하고, 그 반전 입력단은 상기 샘플-홀드 장치의 출력과 제2증폭기의 비반전 입력단에 접속하고, 제1증폭기의 출력단은 제1트랜지스터의 베이스 입력단에 접속하고, 제1트랜지스터의 에미터 출력단은 상기 캐패시터의 제1단자에 접속하고, 제1트랜지스터의 컬렉터 입력단은 저항을 거쳐서 정전압원(constant voltage source)에 접속하고, 상기 캐패시터의 제1단자는 제2증폭기의 반전 입력단과 제2트랜지스터의 컬렉터 입력단에 접속하고, 제2증폭기의 출력은 제어신호에 영향을 주도록 하고, 상기 캐패시터의 제2단자는 접지시키고, 제2트랜지스터의 에미터 출력단은 접지시키고, 제2트랜지스터의 베이스 입력단은 내부 방전신호로 연결하는 것이다.
이하, 본 발명에 관해서 첨부한 도면을 예로 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 유사하거나 대응하는 부분들에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.
도 1은 1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 본 발명의 제 1 실시 예에 따라서 출력전압 및 출력전류를 제어하기 위한 제어회로의 구성도이다.
상기한 바와 같이, 국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2에 의한 제어회로에서 트랜지스터 T1의 스위치-오프(switch-off) 시점은 제어변수와 관계없이 결정된다. 그러므로 매 펄스당 전달에너지는 출력전압과 상관없다. 필요한 전압을 출력으로 제공하기 위해서 제어회로가 클록 주파수를 조정할 수 있을 뿐이다. 출력단에 큰 부하가 사용되어 더 큰 에너지가 필요할 경우에는 클록 주파수를 증가시킨다. 따라서, 부하가 작을 경우에는 주파수를 다시 감소시킨다. 작은 부하의 경우에도 전달되는 매 펄스당 에너지는 큰 부하의 경우와 같은 값이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제어변수, 즉 2차 측에 걸리는 부하에 관한 정보를 1차 전류 비교기(102)로 피드백시켜 트랜지스터 T1의 스위치-분리 시점에 영향을 끼치도록 한다. 따라서, 스위치-분리 시점에 의해서 결정되는 스위치-연결(switch-on) 시간 ton은 출력단의 부하에 따라서 감소시킬 수 있다.
두 개의 저항 R3 및 R4로 된 분압기는 1차 전류 비교기(102)에 가해지는 전압을 조절하여 기준전압에 더 빨리 도달하게끔 한다. 이렇게 해서 그 트랜지스터가 더 빨리 스위치-분리 상태로 되면 1차 측 주권선(main winding)에 더 작은 에너지가 저장된다. 제어회로는 출력단에 전달되는 더 작은 에너지에 반응하여 스위치의 클록 주파수를 증가시킨다.
출력단에 낮은 부하가 걸리면, 출력전압이 높아져서 1차 측 부권선(auxiliary winding)에 걸리는 부전압도 커지는데 이것은 그 출력전압과 같은 값이다. 이 부전압은 샘플-홀드 장치(sample and hold device) S&H를 통해서 제1 저항 R3 및 제2 저항 R4에도 가해진다. 이 부전압은 출력단의 부하가 감소하면 높아지는 것으로서, 1차 전류 비교기(102)에 가해지는 전압을 증가시킴으로써 1차 전류 비교기의 기준전압에 더 빨리 도달하게 한다.
이것에 의한 이점은 특히 부하가 작을 경우에 더 작은 에너지의 펄스가 더 높은 주파수로 전달된다는 것이다. 따라서, 스위칭 주파수가 가청범위에 있게 되는 부하의 범위가 더 작아진다. 이와 아울러, 펄스당 에너지가 더 낮아지기 때문에 소음이 덜 발생 된다. 따라서, 출력전압의 요동성(waviness)도 현저하게 감소 된다.
바람직한 실시 예에서, 제어변수는 먼저 모두 증폭시킨 다음에 그 분압기를 통해서 1차 전류 비교기로 피드백시킨다.
이 목적을 위해서, 증폭기, 이 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이, 연산증폭기 OP1을 사용한다. 연산증폭기 OP1의 출력은 제1 저항 R3의 제1 단자에 접속됨과 아울러 네트워크를 통해서 연산증폭기 OP1의 반전입력단에 접속된다. 연산증폭기 OP1의 비반전입력단은 샘플-홀드 장치 S&H의 출력단에 접속된다.
제1 저항 R3의 제2 단자는 1차 전류 비교기(102)의 입력단에 접속됨과 아울 러 제2 저항 R4의 제1 단자에 접속된다. 제2 저항 R4의 제2 단자는 1차 측 스위치 T1의 1차 전류 전도단자와 저항 R5의 제1 단자에 접속된다. 저항 R5의 제2 단자는 접지된다.
연산증폭기 OP1의 출력단과 반전입력단 사이의 네트워크는 연산증폭기 OP1의 증폭량을 결정하는 것으로서, 네 개의 저항들(R1, R2, R6, R7)과 한 개의 캐패시터 C1으로 구성된다. 그러나 본 기술분야의 기술자라면 다른 네트워크를 사용해서도 증폭량을 결정할 수 있다.
제1 저항 R1의 제1 단자는 연산증폭기 OP1의 출력단, 제3 저항 R6의 제1 단자, 및 그 분압기의 제1 저항 R3의 제1 단자에 접속된다. 제1 저항 R1의 제2 단자는 캐패시터 C1의 제1 단자에 접속된다. 캐패시터 C1의 제2 단자는 연산증폭기 OP1의 반전입력단, 제2 저항 R2의 제1 단자, 제4 저항 R7의 제1 단자, 및 제3 저항 R6의 제2 단자에 접속된다. 제2 저항 R2의 제2 단자는 공급전압 Vcc에 접속된다. 제4 저항 R7의 제2 단자는 접지된다.
이러한 부가적인 연산증폭기 OP1을 샘플-홀드 장치 S&H의 출력부분에 삽입하고 연산증폭기 OP1의 출력을 그 반전입력단에 가변접속함으로써 제어회로의 부하의존성을 현저하게 감소시킬 수 있다.
제1 저항 R1은 캐패시터 C1과 직렬로 연결되고, 이에 대하여 병렬로 제3 저항 R6가 연결된다. 캐패시터 C1의 적분성으로 인해서 그와 병렬접속된 제3 저항 R6이 더 커질 수 있다.
이렇게 해서 제어증폭량이 상승하여 전압제어의 부하의존성이 줄어들며, 제 어변수는 더 정확하게 제어될 수 있다.
회로소자들 R8, R9, R10, C2 및 D1에 관해서는 도 3을 참조하여 설명할 것이다. 도 3은 도 2에도 도시된 정정 네트워크를 갖추고 있는 본 발명에 의한 제어회로의 구성도로서, 정정 네트워크의 기능에 관해서 설명하면 다음과 같다.
2차 측의 부하는 그 2차 측의 도선에서 전압강하를 야기하는데, 그 이유는 전류가 흐르는 동안 전력의 내부저항으로 인해서 전압강하가 일어나기 때문이다. 따라서, 출력전압은 전류가 흐르지 않을 때보다 더 작아진다.
정정 네트워크는 1차 측 부권선 HW과 샘플-홀드 장치 S&H의 사이에 접속시켜 1차 측 측정입력(U)(= 샘플-홀드 장치 S&H의 입력)의 전압펄스에 의해서 발생한 전압이 2차 측에 걸리는 부하에 따라서 상승하도록 한 것이다.
정정 네트워크의 성능을 조정하여 그 출력전압의 상승이 2차 측 도선에서 부하에 의한 전압강하와 일치토록 할 수 있다. 이것에 의한 잇점은 출력전압이 부하에 무관하게 된다는 것인데, 그 이유는 정정 네트워크가 사용부하에 따라서 제어변수를 감소시키기 때문이다.
정정 네트워크는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 그 부하에 의존하는 전압을 갖는 최소한 하나의 캐패시터 C2와 하나의 저항 R8과 아울러, 제2 및 제3 저항 R9 및 R10, 및 정류기, 예컨대 다이오드 D1으로 구성한다. 캐패시터 전압은 그 저항의 도움을 받아서 1차 측 측정입력(U)에 걸리는 전압을 감소시킨다.
제1 저항 R8의 제1 단자는 샘플-홀드 장치 S&H의 입력단에 접속되며, 그 제2 단자는 부권선 HW에 접속된다. 제2 저항 R9의 제1 단자는 제1 저항 R8의 제1 단자 에 접속되며, 제2 R9의 제2 단자는 캐패시터 C2의 제1 단자에 접속된다. 제3 저항 R10의 제1 단자는 캐패시터 C2의 제1 단자에 접속되며, 제3 저항 R10의 제2 단자는 다이오드 D1의 양극단자에 접속된다. 다이오드 D1의 음극단자는 부권선 HW에 접속되며, 캐패시터 C2의 제2 단자는 접지된다.
트랜지스터 T1이 온 상태로 되면, 부권선 HW에 음전압이 생성되어 제1 저항 R8 및 제2 저항 R9을 거쳐서 제3 저항 R10 및 다이오드 D1을 통해 전류가 흐른다. 이렇게 해서 캐패시터 C2는 음전하로 충전된다.
트랜지스터 T1이 오프 상태로 되면, 부권선 HW에 제일 먼저 양전압이 생성되고, 그 후에 0V로 강하한다. 전류는 다이오드 D1에 의해서 차단되어 저항 R10과 다이오드 D1를 통해서는 흐르지 못한다. 캐패시터 C2는 제1 저항 R8 및 제2 저항 R9을 통해서 방전되어 제1 저항 R8에 전압강하를 발생시킨다. 캐패시터 C2의 방전의 결과 제1 저항 R8에서의 전압은 트랜지스터 T1이 꺼졌을 때 전압펄스의 높이를 감소시킨다. 이러한 감소는 정정 네트워크의 소자들을 적절히 설계했을 경우에 2차 측에서 부하에 의한 전압강하를 보상하는 것이다.
부권선 HW에서의 전압은 상승하는데, 그 이유는 제어회로가 출력전압을 더욱 높게 조절하여 1차 측 측정입력에서의 전압의 감소를 보상하고 목표치에 도달하기 때문이다. 그러므로 이러한 부권선 HW에서의 전압의 상승은 1차 측 측정입력에서의 전압의 감소의 간접적인 결과이다.
캐패시터 C2가 충전되는 시간인 트랜지스터 T1의 켜져 있는 시간은 부하와 상관없는데, 그 이유는 그 꺼지는 시간이 제어변수와 상관없이 결정되기 때문이다. 캐패시터 C2가 방전되는 시간인 트랜지스터 T1의 꺼져있는 시간은 부하에 의존하는데, 그 이유는 그 켜지는 시점이 출력전압에 따라서 조정되기 때문이다.
부하가 낮을 때는, 트랜지스터 T1의 클럭 주파수가 작고, 따라서 그 꺼져있는 시간이 길어진다. 높은 부하인 경우에는 트랜지스터 T1의 클럭 주파수가 높아져서 그 꺼져있는 시간이 짧아진다.
그 주파수가 더 낮아져도 캐패시터 C2는 똑같이 충전되지만, 더 오랫동안 방전되는데, 이것이 캐패시터 C2가 낮은 부하를 갖는 이유이다. 이러한 캐패시터 C2의 낮은 부하는 제1 저항 R8의 낮은 전압강하와 일치하는 것이다.
높은 주파수의 경우인, 2차 측에서 부하가 높을 때는 캐패시터 C2의 방전시간이 짧으며, 이것은 결과적으로 캐패시터 C2를 더 높게 충전시킨다. 그 캐패시터의 더 높은 충전은 제1 저항 R8에서의 더 큰 전압강하와 일치하는 것이다.
따라서, 1차 측 측정입력(U)에서 전압펄스의 수준은 낮은 부하에서는 약간만 낮아지고, 부하가 클 때에는 현저하게 낮아진다.
도 4는 상기한 바와 같은 정정 네트워크 R8, R9, R10, D1, C2와 분압기 R3, R4로 구성된 본 발명의 제어회로의 회로도이다.
그러므로 본 제어회로는 그 트랜지스터의 꺼지는 시점, 즉 켜져 있는 시간이 출력전압에 의존하도록 하는 제어와 아울러, 제어변수로 사용되는 부권선 HW에서의 보조전압(auxiliary voltage)이 2차 측의 사용부하에 상관없도록 하는 제어를 포함한다.
도 5는 전압-시간 변환기의 구성도이다. 스위칭 전원공급장치에서 전압-시간 변환기의 목적은 제어변수의 도움에 의해서 1차 측 스위치의 연결시점("온" 되는 시점)을 결정하는 것이다.
국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2에 의한 공지기술에서는 제어변수를 지수적으로 증가하는 기준전압과 비교한다. 그 두 전압이 동일해지는 시간을 트랜지스터 T1의 연결시점으로 사용한다.
이러한 전압비교의 신호 도해를 도 7에 표시하였다. 전압 U를 시간 t위로 표시하였다. 두 개의 다른 입력전압 Vin1 및 Vin2를 도면에 표시하였다. 입력전압을 비교하기 위한 지수적으로 증가하는 기준전압 701은 국제특허출원공개 WO 2004/082119 A2에 의한 공지기술의 경우와 일치한다.
이러한 지수적인 기준전압에서는 스위치 연결시간을 결정하는데 매우 실패하기 쉽다. 입력전압과 기준전압의 차이가 그 두 전압이 서로 동일해 질 때까지 오랫동안 매우 작게 유지되므로, 스위치 연결시점을 결정할 때 작은 간섭만으로도 큰 오차가 야기된다.
도 5의 본 발명에 의한 전압-시간 변환기에서, 기준 또는 비교전압은 제어변수에 의해서 결정된다. 캐패시터 C3를 충전하여 그 전압을 비교전압으로 사용한다. 캐패시터 C3의 충전은 제어변수에 의존한다.
전압-시간 변환기는 또한 스위치 T2를 포함하는데, 이것은 도 5에서 트랜지스터로 구성한다. 트랜지스터 T2는 입력전압에 의해서 제어되며, 따라서 캐패시터 C3로 흐르는 전류는 트랜지스터를 통해서 결정된다.
전압-시간 변환기는 또한 제1 증폭기 OP2, 제2 연산증폭기 OP3, 제2 트랜지 스터 T3 및 저항 R11을 더 포함하고 있다. 제1 증폭기 OP2는 제어변수를 증폭하도록 되어 있으며, 그 비반전 입력단은 제1 트랜지스터 T2의 컬렉터 입력단에 접속된다. 제1 증폭기의 반전입력단은 샘플-홀드 장치의 출력단과 제2 증폭기 OP3의 비반전 입력단에 접속된다.
제1 증폭기 OP2의 출력단은 제1 트랜지스터 T2의 베이스 입력단에 접속되고, 제1 트랜지스터 T2의 에미터 출력단은 캐패시터 C3의 제1 단자에 접속된다.
제1 트랜지스터 T2의 컬렉터 입력단은 또한 저항 R11을 통해서 정전압원 Vcc에 접속된다. 캐패시터 C3의 제1 단자는 제2 증폭기 OP3의 반전입력단과 제2 트랜지스터 T3의 컬렉터 입력단에 접속된다. 제2 증폭기 OP3의 출력단은 구동장치(101)에 접속되어 1차 측 스위치의 제어신호 G에 영향을 준다. 캐패시터 C3의 제2 단자와 제2 트랜지스터 T3의 에미터 출력단은 접지된다. 제2 트랜지스터 T3의 베이스 입력단은 내부방전신호에 접속된다.
증폭기 OP2는 그 출력전압에 의해서 전방에 연결된 트랜지스터 T2에 흐르는 전류를 조정하여 증폭기 OP2의 반전 입력단과 비반전 입력단의 전압을 동일하게 한다. 따라서, 비반전 입력단의 전압은 입력전압과 같아진다. 저항 R11의 전압은 공급전압 Vcc와 입력전압의 차이로 결정된다. 따라서, 공급전압이 일정하기 때문에 그 저항의 전압은 입력전압의 증가에 따라서 떨어지게 된다.
저항 R11을 통해서 흐르는 전류는 트랜지스터 T2를 통해서 캐패시터 C3를 충전시킨다. 따라서, 캐패시터 C3의 충전전류는 입력전압이 낮을 때보다 클 때 작아진다. 제1 증폭기에서 정해진 입력전압에 대해서 캐패시터의 충전전류는 일정하게 유지된다. 제2 증폭기 OP3는 입력전압을 캐패시터 C3에 가해진 전압과 비교한다. 트랜지스터 T3는 또 다른 스위치 연결시점을 결정케 하는 방전신호에 따라서 캐패시터 C3를 방전시킨다.
도 7에 도시한 바와 같이, 선형적으로 증가하는 비교전압 702는 이러한 특성에 기인하는 것이다. 도면에서, 선형적으로 증가하는 기준전압을 서로 다른 기울기(선 702 및 703)를 갖는 두 개의 입력전압 Vin1 및 Vin2에 대하여 도시하였다. 이 두 개의 선형적으로 증가하는 기준전압과 그 두 개의 일정한 입력전압은 각각 시간 t1 및 t2에서 교차한다. 이것은 지수적으로 증가하는 기준전압(곡선 701)에 대한 스위치 연결시점과 동일하게 일치한다.
본 발명에 따른 이러한 선형적인 비교전압의 이점은 시간결정에 대한 실패율이 낮아진다는 것이다. 이러한 이점은 도 7을 보면 알 수 있다. 시간 tx에서, 일정한 입력전압 Vin2의 선형비교전압에 대한 거리는 지수적 비교전압에 대한 것보다 현저하게 크다. 따라서, 동일한 시간간격에 대해서 지수적 비교전압 701에서의 경우보다 본 발명의 선형비교전압의 경우에 간섭효과가 현저하게 커지게 된다.
상기한 실시 예들에 의한 부분적인 특징들은 본 기술분야의 기술자라면 도 2에 도시한 바와 같이, 어떤 식으로든 조합할 수 있을 것이다. 도시한 제어회로는 제어변수를 1차 측 전류비교기(102)로 피드백하기 위한 분압기 R3, R4를 포함하고 있다. 이와 아울러, 증폭기에 대한 신호반환은 샘플-홀드 장치(S&H)를 향한 피드백 네트워크(feedback network)를 통해서 이루어진다. 또한, 정정 네트워크가 부권선(HW)과 샘플-홀드 장치(S&H) 사이에 접속되어 있다. 이렇게 개량한 전압-시간 변 환기에 의해서 1차 측 스위치 T1의 연결시점을 결정할 때 실패할 확률이 낮아지게 된다.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 본 발명의 제어회로는 출력전압의 부하의존성을 감소시키고, 출력전압의 소음과 요동을 감소시키고, 또한 스위치 연결시점을 결정할 때 실패할 가능성을 감소시킨다.

Claims (33)

1차 측에 의해 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하는 제어회로에 있어서,
상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선으로부터 상기 2차 측 주권선으로 전달되도록 하는 변압기,
상기 제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통해 흐르는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1),
상기 1차 측 스위치를 오프 상태로 절환한 후에(끈 후에) 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되도록 하는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW), 및
제어변수를 발생하기 위하여 상기 전압펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하고, 상기 제어신호가 상기 제어변수에 근거하여 발생되도록 구성된 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어회로는 상기 1차 측 스위치의 오프-절환 시점을 상기 1차 전류에 의존하여 결정하는 1차 전류비교기를 포함하고,
상기 제어변수를 상기 1차 전류비교기로 피드백하여 상기 1차 측 스위치의 오프-절환 시점이 상기 제어변수에 따라 영향을 받도록 함으로써 상기 1차 측 주권선을 통해 흐르는 1차 전류의 지속시간이 감소하도록 구성함을 특징으로 하는 제어회로.
제 1항에 있어서, 상기 제어변수에 따라서 상기 1차 측 스위치의 연결 시점을 결정함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 중단 지속시간이 결정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제어변수는 분압기를 통해서 상기 1차 전류비교기로 피드백되도록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제3 항에 있어서, 상기 샘플-홀드 장치의 출력은 증폭기(OP1)로 접속하여 상기 제어변수가 피드백되기 전에 증폭되도록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제4 항에 있어서, 상기 증폭기는 연산증폭기로서 상기 샘플-홀드 장치의 출력이 상기 연산증폭기의 비반전 입력단에 접속되도록 하고, 상기 연산증폭기의 출력은 상기 분압기의 단자에 접속되도록 하고, 상기 연산증폭기의 반전 입력단은 상기 연선증폭기의 증폭을 결정하는 네트워크에 접속되도록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제4 항에 있어서, 상기 분압기는 제1 및 제2 저항(R3, R4)으로 구성하여 상기 제1 저항(R3)의 제1 단자는 상기 증폭기의 출력에 접속되도록 하고, 상기 제1 저항(R3)의 제2 단자는 상기 1차 전류 비교기의 입력과 상기 제2 저항(R4)의 제1 단자에 접속되도록 하고, 상기 제2 저항(R4)의 제2 단자는 상기 1차 측 스위치의 상기 1차 전류의 통전 단자에 접속되도록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제2 항에 있어서, 하나의 증폭기(OP1)를 포함하여 상기 증폭기의 비반전 입력은 샘플-홀드 장치(S&H)의 한 출력에 접속시키고, 상기 증폭기의 출력은 피드백 네트워크(feedback network)를 통해서 상기 증폭기의 반전 입력에 접속시키되, 상기 피드백 네트워크는 제1 저항(R1), 상기 제1 저항에 직렬접속된 캐패시터(C1), 상기 제1 저항(R1)과 상기 캐패시터(C1)에 병렬 접속된 제2 저항(R6), 및 상기 제1 및 제2 저항과 상기 캐패시터의 병렬접속에 직렬로 접속되는 동시에 접지되는 제3 저항(R7)으로 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제2 항에 있어서, 상기 1차 측 부권선과 상기 샘플-홀드 장치(S&H) 사이에 정정 네트워크를 접속시켜서 상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생하는 전압이 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의한 전압강하에 비례하여 상승토록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제2 항, 제7 항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어변수를 비교전압과 비교하여 상기 1차 측 스위치(T1)의 스위치 연결 시점을 결정하고, 상기 비교전압은 상기 제어변수에 따라서 결정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하기 위한 제어방법에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선으로부터 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통해 흐르는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1),
상기 1차 측 스위치를 분리한 후에(끈 후에) 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW), 및
제어변수를 발생하기 위하여 전압 펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하고, 상기 제어신호가 상기 제어변수에 기초하여 발생되도록 구성된 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어 방법은,
상기 1차 측 스위치의 분리시점을 상기 1차 전류에 따라서 결정하기 위해 1차 전류비교기에 의해 상기 1차 전류를 기준전압과 비교하는 비교단계와,
상기 제어변수를 상기 1차 전류비교기로 피드백시켜 상기 비교단계에서 상기 1차 측 스위치의 분리시점이 영향을 받도록 함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 지속시간이 감소하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제10 항에 있어서, 상기 1차 측 스위치의 온(on) 시점을 상기 제어변수에 따라 규정하고 이것에 의해 상기 1차 전류가 상기 1차 측 주권선을 통해 흐르지 않는 중단 지속시간을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제10 항 또는 제11 항에 있어서, 상기 제어변수를 피드백시키기 전에 증폭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하는 제어회로에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
상기 제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통해 흐르는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1),
상기 1차 측 스위치를 분리(오프)한 후에 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW), 및
제어변수를 발생하기 위하여 전압 펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하고 상기 제어신호가 상기 제어변수에 근거하여 발생 되도록 구성된 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어회로는 상기 1차 전류에 의존하여 상기 1차 측 스위치의 오프 시점을 결정하는 1차 전류 비교기를 구비하고,
상기 제어회로는 상기 1차 측 스위치의 온 상태로의 연결 시점을 상기 제어변수에 따라서 결정하고, 따라서 상기 1차 측 주권선에 어떠한 1차 전류도 흐르지 않는 지속시간을 결정토록 구성하고,
상기 제어회로는 증폭기(OP1)를 포함하되, 상기 증폭기의 비반전 입력단은 상기 샘플-홀드 장치의 출력에 접속되게 하고, 상기 증폭기의 출력은 피드백 네트워크를 통해서 상기 증폭기의 반전 입력단에 접속되도록 하고,
상기 피드백 네트워크는 제1 저항(R1), 상기 제1 저항에 직렬 접속된 캐패시터(C1), 상기 제1 저항(R1)과 상기 캐패시터(C1)에 병렬 접속된 제2 저항(R6), 및 상기 제1 및 제2 저항과 상기 캐패시터의 병렬접속에 직렬로 접속되는 동시에 접지되는 제3 저항(R7)으로 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제13항에 있어서, 상기 증폭기는 연산증폭기로 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 제어변수를 상기 1차 전류비교기로 피드백시켜 상기 1차 측 스위치(T1)의 분리시점이 상기 제어변수의 영향을 받도록 함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 상기 1차 전류의 지속시간이 감소하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제13 항 또는 제 14항에 있어서, 상기 1차 측 부권선(HW)과 상기 샘플-홀드 장치(S&H) 사이에 정정 네트워크를 접속시켜서 상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생하는 전압이 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의한 전압강하에 비례하여 상승토록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 제어변수를 비교전압과 비교하여 상기 1차 측 스위치(T1)의 스위치 연결시점을 결정하고, 상기 비교전압은 상기 제어변수에 따라서 결정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하는 제어회로에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
상기 제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통하는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1),
상기 1차 측 스위치를 분리(오프)한 후에 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW), 및
제어 변수를 발생하기 위하여 상기 전압펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하기 위한, 상기 제어 신호가 상기 제어 변수에 기초하여 발생하도록 하는 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어회로는 상기 1차 전류에 따라서 상기 1차 측 스위치의 "오프" 전환 시점을 결정하는 1차 전류 비교기를 구비하고,
상기 제어회로는 상기 1차 측 스위치의 "온" 연결시점을 상기 제어변수에 따라서 결정하고, 따라서 상기 1차 측 주권선에 어떤 1차 전류도 흐르지 않는 중단 지속시간을 정의하도록 구성하고,
상기 1차 측 부권선과 상기 샘플-홀드 장치(S&H)의 사이에 정정 네트워크를 접속시켜서 상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생하는 전압이 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의한 전압강하에 비례하여 상승토록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제18항에 있어서, 상기 정정 네트워크는 적어도 캐패시터(C2) 및 저항(R8)으로 구성하여, 상기 캐패시터의 전압은 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의존하고, 상기 캐패시터 전압은 저항을 통해서 1차 측 측정입력에 적용되는 전압을 감소시키도록 한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제18항에 있어서,
상기 정정 네트워크는 적어도 제1, 제2 및 제3 저항과 다이오드 및 캐패시터로 구성하고,
제1 저항(R8)의 제1단자는 제어회로에 접속하고 그 제2단자는 상기 부권선에 접속하고, 제2저항(R9)의 제1단자는 제1저항(R8)의 제1단자에 접속하고, 제2저항(R9)의 제2단자는 상기 캐패시터(C2)의 제1단자에 접속하고,
제3저항(R10)의 제1단자는 상기 캐패시터(C2)의 제1단자에 접속하고, 제3저항(R10)의 제2단자는 상기 다이오드(D1)의 양극단자에 접속하고 그 음극단자는 상 기 부권선에 접속하고, 상기 캐패시터(C2)의 제2단자는 접지시켜 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제18항에 있어서, 상기 제어변수를 상기 1차 전류 비교기로 피드백하여 상기 1차 측 스위치(T1)의 분리 시점이 상기 제어변수의 영향을 받도록 함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 지속시간이 감소하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제18항 또는 제21항에 있어서, 하나의 증폭기(OP1)를 포함하고, 그 비반전 입력단자는 샘플-홀드 장치(S&H)의 한 출력에 접속시키고, 상기 증폭기의 출력은 피드백 네트워크(feedback network)를 통해서 상기 증폭기의 반전 입력단에 접속하되, 상기 피드백 네트워크는 제1 저항(R1), 상기 제1 저항에 직렬접속된 캐패시터(C1), 상기 제1 저항(R1)과 캐패시터(C1)에 병렬접속된 제2 저항(R6), 및 상기 제1 및 제2 저항과 캐패시터의 병렬접속에 직렬접속되는 한편 접지되는 제3 저항(R7)으로 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제18항 또는 제21항에 있어서, 상기 제어변수를 비교전압과 비교하여 상기 1차 측 스위치(T1)의 스위치 연결시점을 결정하고, 상기 비교전압은 상기 제어변수에 따라서 결정되도록 구성한 제어회로.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하는 제어 방법에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통하는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1),
상기 1차 측 스위치를 분리(오프)한 후에 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW), 및
제어 변수를 발생하기 위하여 상기 전압펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하기 위한, 상기 제어 신호가 상기 제어 변수에 기초하여 발생하도록 하는 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어 방법은,
상기 1차 전류를 기준전압과 비교하여 상기 1차 측 스위치의 분리(오프) 시점을 상기 1차 전류에 따라서 결정하고,
상기 1차 측 스위치의 연결시점을 제어변수에 따라서 결정함으로써, 상기 1차 측 주권선에 1차 전류가 흐르지않는 중단 지속시간이 결정되도록 하고,
상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생 되는 전압을 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의한 전압강하에 비례하여 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하기 위한 제어회로에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
상기 제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통하는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치(T1), 및
상기 1차 측 스위치를 분리(오프)한 후에 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선(auxiliary winding)(HW)을 포함하고,
상기 제어회로는 제어변수를 발생하기 위하여 상기 전압펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하기 위한, 상기 제어 신호가 상기 제어 변수에 기초하여 발생하도록 구성된 샘플-홀드 장치(S&H)를 더 포함하고,
상기 제어회로는 상기 제어변수와 비교전압을 비교함으로써 상기 1차 측 스위치의 "온" 연결 시점을 규정하고, 이것에 의해 상기 1차 측 주권선에 1차 전류가 흐르지 않는 중단 지속시간을 결정토록 구성하고, 그리고
상기 제어 회로는 상기 비교전압이 상기 제어변수에 따라서 결정되도록 설계됨을 특징으로 하는 제어회로.
제25항에 있어서, 1차 전류비교기를 더 포함시켜 상기 1차 측 스위치의 분리(오프) 시점을 상기 1차 전류에 따라서 결정토록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제25 항 또는 제26 항에 있어서, 상기 제어회로에 캐패시터(C3)를 연결하여 상기 캐패시터의 충전에 의해 상기 비교전압이 결정되도록 하고, 상기 캐패시터의 충전은 상기 제어변수에 의존하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제27항에 있어서, 상기 캐패시터(C3)의 충전은 상기 제어변수에 의존하여 트랜지스터(T2)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 제어회로.
제26항에 있어서,
상기 제어 변수가 증폭되도록 하는 방식으로 상기 제어 회로 내에 제1증폭기(OP2)가 형성되고,
상기 제1증폭기의 비반전 입력단은 제1트랜지스터(T2)의 컬렉터 입력단에 접속하고, 그 반전 입력단은 상기 샘플-홀드 장치의 한 출력과 제2증폭기(OP3)의 비반전 입력단에 접속하고, 상기 제1증폭기의 출력단은 상기 제1트랜지스터(T2)의 베이스 입력단에 접속하고, 상기 제1트랜지스터(T2)의 에미터 출력단은 캐패시터(C3)의 제1단자에 접속하고,
상기 제1트랜지스터(T2)의 컬렉터 입력단은 저항을 거쳐서 정전압원(constant voltage source)에 접속하고,
상기 캐패시터(C3)의 제1단자는 상기 제2증폭기(OP3)의 반전 입력단과 제2트랜지스터(T3)의 컬렉터 입력단에 접속하고,
상기 제2증폭기(OP3)의 출력은 제어신호(G)에 영향을 주도록 하고,
상기 캐패시터(C3)의 제2단자는 접지시키고,
상기 제2트랜지스터(T3)의 에미터 출력단은 접지시키고,
상기 제2트랜지스터(T3)의 베이스 입력단은 상기 캐패시터(C3)를 방전하기 위한 내부 방전신호로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제26항에 있어서,
상기 제어변수를 상기 1차 전류비교기로 피드백하여 상기 1차 측 스위치(T1)의 분리시점이 상기 제어변수의 영향을 받도록 함으로써 상기 1차 측 주권선을 통한 1차 전류의 지속시간이 감소하도록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
제25항에 있어서,
상기 제어 회로는 하나의 증폭기(OP1)를 더 포함하되, 그 비반전 입력단자는 샘플-홀드 장치(S&H)의 한 출력에 접속시키고, 그 증폭기의 출력은 피드백 네트워크를 통해서 그 반전 입력단에 접속하되,
상기 피드백 네트워크는 제1 저항(R1), 이것에 직렬접속된 캐패시터(C1), 상기 제1 저항(R1)과 캐패시터(C1)에 병렬접속된 제2 저항(R6), 및 상기 제1 및 제2 저항과 캐패시터의 병렬접속에 직렬접속되는 한편 접지되는 제3 저항(R7)을 포함함을 특징으로 하는 제어회로.
제25 항에 있어서,
상기 1차 측 부권선과 상기 샘플-홀드 장치(S&H)의 사이에 정정 네트워크를 접속시켜서 상기 1차 측 부권선의 전압펄스에 의해서 발생하는 전압이 상기 2차 측에 사용되는 부하에 의한 전압강하에 비례하여 상승토록 구성한 것을 특징으로 하는 제어회로.
1차 측에서 제어되는 스위칭 전원공급장치에서 출력전압 및 출력전류를 제어하기 위한 제어방법에 있어서, 상기 스위칭 전원공급장치는,
1차 측 주권선(PW)과 2차 측 주권선(VS)으로 구성하여 전기에너지펄스가 상기 1차 측 주권선에서 2차 측 주권선으로 전달되도록 한 변압기,
제어회로의 제어신호(G)에 따라서 상기 1차 측 주권선을 통하는 1차 전류를 온/오프 하는 1차 측 스위치,
상기 1차 측 스위치를 분리(오프)한 후에 2차 측의 부하에 의존하는 전압펄스가 유기되는 1차 측 부권선, 및
제어변수를 발생하기 위하여 상기 전압펄스의 레벨을 샘플링 및 저장하기 위한, 상기 제어 신호가 상기 제어 변수에 기초하여 발생하도록 구성된 샘플-홀드 장치(S&H)를 포함하고,
상기 제어 방법은,
상기 제어변수의 영향을 받는 상기 비교전압과 상기 제어변수를 비교하는 비교단계와,
상기 비교단계의 결과에 의존하여 상기 1차 측 스위치의 연결시점을 결정함으로써 상기 1차 측 주권선에 1차 전류가 흐르지않는 중단 지속시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
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