KR101004521B1 - Switching Mode Power Supplier - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하에 안정된 직류전압을 공급할 수 있는 스위칭 모드 전력 공급장치에 관한 것으로서 복수의 스위칭 소자로 전원단자의 전압을 스위칭하여 절연 트랜스포머의 일차코일에서 이차코일로 유도되게 하고, 복수의 스위칭 소자가 차단상태로 될 경우에 전원단자의 전압과 절연 트랜스포머의 일차코일의 전압이 복수의 스위칭 소자의 드레인과 소스 사이에 분산되어 걸리도록 함으로써 전원단자의 직류전압이 매우 높아도 복수의 스위칭 소자가 손상되지 않고, 부하로 안정된 전력을 공급할 수 있다.The present invention relates to a switching mode power supply capable of supplying a stable DC voltage to a load to switch the voltage of the power supply terminal with a plurality of switching elements to be induced from the primary coil of the insulation transformer to the secondary coil, and the plurality of switching elements In the case of the cut-off state, the voltage of the power supply terminal and the voltage of the primary coil of the insulation transformer are distributed between the drains and the sources of the plurality of switching elements so that the plurality of switching elements are not damaged even if the DC voltage of the power supply terminal is very high. Therefore, stable power can be supplied to the load.

SMPS, 고압, PWM 신호, 펄스 트랜스, 펄스 트랜스포머, 스위칭 소자 SMPS, high voltage, PWM signal, pulse transformer, pulse transformer, switching element

Description

스위칭 모드 전력 공급장치{Switching Mode Power Supplier}Switching Mode Power Supplier

본 발명은 스위칭 모드 전력 공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입력되는 전원단자의 전압의 변동이 크거나 또는 전압의 레벨이 높이도 부하에 안정된 직류전압을 공급할 수 있는 스위칭 모드 전력 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a switched mode power supply. More particularly, the present invention relates to a switching mode power supply capable of supplying a stable DC voltage to a load even when the voltage of the input power terminal is large or the voltage level is high.

일반적으로 각종 전기 및 전자장치들은 입력되는 교류전압을 강압 및 직류전압으로 변환하여 부하에 동작전압으로 공급하고 있다. 그러나 상기 교류전압을 단순히 강압 및 직류전압으로 변환하여 부하에 공급할 경우에 필요 없이 많은 전력이 소모된다.In general, various electrical and electronic devices convert an input AC voltage into a step-down and a direct-current voltage to supply an operating voltage to a load. However, when the AC voltage is simply converted into a step-down and a DC voltage and supplied to a load, much power is consumed without need.

그리고 입력되는 교류전압이 변동될 경우에 직류 전압이 함께 변동되어 부하에 안정된 직류전압을 공급할 수 없으며, 또한 부하에 과전압이 공급되어 손상되는 경우가 발생하게 된다.In addition, when the input AC voltage is changed, the DC voltage is changed together, so that a stable DC voltage cannot be supplied to the load, and an overvoltage is supplied to the load, thereby causing damage.

그러므로 전기 및 전자 기기에는 입력되는 교류전압을 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환한다. 그리고 상기 변환한 직류전압을 스위칭 소자로 스위칭하고, 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환한 후 부하에 동작전압으로 공급하는 스위칭 모드 전력 공급장치가 많이 사용되고 있다.Therefore, the AC voltage input to the electrical and electronic equipment is rectified and smoothed to convert the DC voltage. In addition, a switching mode power supply device that converts the converted DC voltage into a switching element, rectifies and smoothes it, converts the DC voltage into a DC voltage, and supplies the load as an operating voltage is widely used.

상기 스위칭 모드 전력 공급장치는 부하가 필요로 하는 전력을 판단하고, 판단한 전력에 따라 스위칭 주기를 가변시켜 부하에는 항상 안정되고 적정한 전력의 직류전압을 공급할 수 있다.The switching mode power supply device may determine the power required by the load, and change the switching cycle according to the determined power to supply the load with a stable and proper DC voltage at all times.

상기 스위칭 모드 전력 공급장치가 부하에 안정된 직류전압을 공급함에 있어서, 스위칭 소자의 내압은 입력전압과 절연 트랜스포머에 걸리는 전압에 의해 결정된다. 즉, 상기 스위칭 소자의 내압은 입력되는 입력전압과 절연 트랜스포머에 걸리는 전압의 합보다 커야만 스위칭 소자가 안정된 상태에서 스위칭 동작을 수행하게 된다.When the switching mode power supply supplies a stable DC voltage to the load, the breakdown voltage of the switching element is determined by the input voltage and the voltage applied to the insulating transformer. That is, the withstand voltage of the switching device must be greater than the sum of the input voltage and the voltage applied to the insulating transformer to perform the switching operation in a stable state.

상기 입력전압과 절연 트랜스포머에 걸리는 전압의 합이 상기 스위칭 소자의 내압보다 높을 경우에도 스위칭 소자가 과전압에 의해 손상되어 부하로 안정된 전력을 공급할 수 없다.Even when the sum of the input voltage and the voltage applied to the insulating transformer is higher than the breakdown voltage of the switching element, the switching element is damaged by the overvoltage and thus it is impossible to supply stable power to the load.

그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복수의 스위칭 소자를 사용하여, 입력전압과 절연 트랜스포머의 일차코일의 전압이 복수의 스위칭 소자에 각기 분산되어 걸리게 함으로써 높은 입력전압에 대해서도 복수의 스위칭 소자가 손상되지 않고, 안정되게 스위칭 동작을 수행하여 부하에 안정된 직류전압을 공급할 수 있는 스위칭 모드 전력 공급장치를 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to damage the plurality of switching elements even with a high input voltage by using a plurality of switching elements, the input voltage and the voltage of the primary coil of the insulating transformer are distributed over each of the plurality of switching elements. The present invention provides a switching mode power supply that can stably perform a switching operation to supply a stable DC voltage to a load.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Could be.

본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치는, PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부와, 상기 PWM 신호 발생부가 발생한 PWM 신호를 동위상을 가지는 복수의 PWM 신호로 분할하는 게이트 드라이버와, 복수의 스위칭 소자와, 상기 게이트 드라이버에서 분할된 복수의 PWM 신호에 따라 상기 복수의 스위칭 소자를 각기 스위칭시키는 복수의 충방전부와, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전원단자의 전압이 일차코일에서 이차코일로 유도되게 하는 절연 트랜스포머와, 상기 절연 트랜스포머의 이차코일로 유도된 전압을 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 직류전압 변환부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The switching mode power supply of the present invention includes a PWM signal generator for generating a PWM signal, a gate driver for dividing the PWM signal generated by the PWM signal generator into a plurality of PWM signals having in phase, a plurality of switching elements, And a plurality of charging and discharging units respectively switching the plurality of switching elements according to the plurality of PWM signals divided by the gate driver, and a voltage of a power terminal from the primary coil to the secondary coil according to the switching of the plurality of switching elements. And an DC voltage converter configured to convert the voltage induced by the secondary coil of the insulation transformer into a DC voltage and supply the DC voltage to the load.

상기 게이트 드라이버는 하나의 일차코일과 복수의 이차코일을 구비한 펄스 트랜스포머인 것을 특징으로 한다.The gate driver is a pulse transformer having a primary coil and a plurality of secondary coils.

또한 본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치는 상기 복수의 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 전압으로 검출하여 상기 PWM 신호 발생부로 입력시키는 센싱용 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switching mode power supply of the present invention is characterized in that it further comprises a sensing resistor for detecting the current flowing through the plurality of switching elements as a voltage and input to the PWM signal generator.

상기 복수의 스위칭 소자는 상기 전원단자와 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 일측단자 사이에 구비되어 스위칭 되는 제 1 스위칭 소자와, 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 타측단자와 접지측의 사이에 구비되어 스위칭되는 제 2 스위칭 소자로 이루어지고, 상기 복수의 충방전부는 상기 게이트 드라이버에서 분할된 PWM 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 각기 스위칭시키는 제 1 및 제 2 충방전부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The plurality of switching elements may be provided between the power supply terminal and one side terminal of the primary coil of the insulation transformer and switched between the first switching element and the other side of the primary coil of the insulation transformer and the ground side. And a second switching element, wherein the plurality of charging and discharging parts comprises first and second charging and discharging parts which respectively switch the first and second switching elements according to the PWM signal divided by the gate driver.

또한 본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치는 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 일측단자의 접속점과 접지의 사이에 접속되는 프리휠링용 다이오드를 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 충방전부는 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 PWM 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 동시에 도통상태로 되고, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 차단상태로 될 경우에 상기 제 1 스위칭 소자가 먼저 차단상태로 된 후 상기 제 2 스위칭 소자가 차단상태로 되게 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switching mode power supply of the present invention further comprises a freewheeling diode connected between the connection point of the one terminal of the primary coil of the first switching element and the insulation transformer and the ground, the first and second charging The discharge part firstly cuts off the first and second switching devices when the first and second switching devices are in a conductive state according to the PWM signal output from the gate driver, and the first switching devices are first cut off when the first and second switching devices are turned off. And the second switching element is brought into a blocking state after being brought into a state.

상기 직류전압 변환부는 상기 절연 트랜스포머의 이차코일로 유도된 전압을 정류하는 다이오드와, 상기 다이오드가 정류한 전압을 평활하는 커패시터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The DC voltage converter may include a diode rectifying a voltage induced by the secondary coil of the insulation transformer, and a capacitor smoothing the voltage rectified by the diode.

본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치는 복수의 스위칭 소자를 사용하고, 전 원단자의 전압과 절연 트랜스포머의 일차코일의 전압이 복수의 스위칭 소자의 드레인과 소스 사이에 각기 분산되어 걸리게 된다.In the switching mode power supply of the present invention, a plurality of switching elements are used, and the voltage of the former end and the voltage of the primary coil of the insulated transformer are distributed between the drain and the source of the plurality of switching elements, respectively.

그러므로 전원단자의 높은 입력전압에 대해서도 스위칭 소자가 안정하게 동작하면서 부하에 안정된 직류전압을 공급할 수 있다.Therefore, the switching element can operate stably even at a high input voltage of the power supply terminal and can supply a stable DC voltage to the load.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.The following detailed description is only illustrative, and merely illustrates embodiments of the present invention. In addition, the principles and concepts of the present invention are provided for the purpose of explanation and most useful.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.Accordingly, various forms that can be implemented by those of ordinary skill in the art, as well as not intended to provide a detailed structure beyond the basic understanding of the present invention through the drawings.

도 1은 일반적인 스위칭 모드 전력 공급장치의 구성을 예로 들어 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 발생부이다. 상기 PWM 신호 발생부(100)는 입력되는 구동신호에 따라 소정 폭을 PWM 신호를 소정의 주기로 발생한다. 예를 들면, 상기 PWM 신호 발생부(100)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 구동신호에 따라 소정 폭 및 주기의 PWM 신호를 발생한다.1 is a view showing an example of a configuration of a general switching mode power supply. Here, reference numeral 100 denotes a pulse width modulation (PWM) signal generator. The PWM signal generator 100 generates a PWM signal at a predetermined cycle in a predetermined width according to the input driving signal. For example, the PWM signal generator 100 generates a PWM signal having a predetermined width and period according to the driving signal as shown in FIG.

상기 PWM 신호 발생부(100)가 발생하는 PWM 신호는 스위칭 소자(102)의 게이트에 인가된다. 그러면, 상기 스위칭 소자(102)는 상기 PWM 신호 발생부(100)가 발 생하는 PWM 신호에 따라 도통상태 및 차단상태를 반복하게 된다.The PWM signal generated by the PWM signal generator 100 is applied to the gate of the switching element 102. Then, the switching device 102 repeats the conduction state and the interruption state according to the PWM signal generated by the PWM signal generator 100.

상기 스위칭 소자(102)의 드레인에는 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104a)이 접속되어 있고, 상기 스위칭 소자(102)의 소스에는 센싱용 저항(106)이 접속되어 있다.The primary coil 104a of the insulated transformer 104 is connected to the drain of the switching element 102, and the sensing resistor 106 is connected to the source of the switching element 102.

그러므로 상기 PWM 신호가 고전위 기간으로 상기 스위칭 소자(102)가 도통상태로 될 경우에 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 전원단자(B+)에서 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104a), 스위칭 소자(102) 및 센싱용 저항(106)을 순차적으로 통해 접지로 전류가 흐르게 된다.Therefore, when the switching element 102 is in the conduction state during the PWM signal in the high potential period, the primary coil 104a of the insulation transformer 104 at the power supply terminal B + as shown in FIG. The current flows to the ground through the switching element 102 and the sensing resistor 106 in sequence.

그리고 상기 PWM 신호가 저전위 기간으로 상기 스위칭 소자(102)가 차단상태로 될 경우에 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 전원단자(B+)에서 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104a), 스위칭 소자(102) 및 센싱용 저항(106)을 통해 접지로 전류가 흐르는 것이 차단된다.When the switching element 102 is cut off in the low potential period, the primary coil 104a of the insulation transformer 104 is provided at the power supply terminal B + as shown in FIG. The current flow to the ground is interrupted through the switching element 102 and the sensing resistor 106.

상기 스위칭 소자(102)가 도통상태 및 차단상태를 반복할 경우에 상기 스위칭 소자(102)의 드레인 및 소스 사이에는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 전압이 걸리게 되고, 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104a)에는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 걸려 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이 절연 트랜스포머(104)의 이차코일(104b)로 유도된다.When the switching element 102 repeats the conduction state and the interruption state, a voltage is applied between the drain and the source of the switching element 102 as shown in FIG. The primary coil 104a is applied with a voltage as shown in (d) of FIG. 2 and is induced into the secondary coil 104b of the insulating transformer 104 as shown in (e) of FIG.

상기 절연 트랜스포머(104)의 이차코일(104b)로 유도된 전압은 다이오드(108)에 의해 정류되고, 커패시터(110)에 의해 직류전압으로 평활된 후 부하에 동작전압으로 공급된다.The voltage induced to the secondary coil 104b of the insulation transformer 104 is rectified by the diode 108, smoothed by the capacitor 110 to a DC voltage, and then supplied to the load as the operating voltage.

그리고 상기 스위칭 소자(102)가 스위칭되면서 그 스위칭 소자(102)로 흐르는 전류를 센싱용 저항(106)이 전압으로 검출하고, 검출한 전압이 상기 PWM 신호 발생부(100)로 입력된다.As the switching element 102 is switched, the sensing resistor 106 detects a current flowing through the switching element 102 as a voltage, and the detected voltage is input to the PWM signal generator 100.

그러면, 상기 PWM 신호 발생부(100)는 상기 센싱용 저항(106)이 검출한 전압으로 부하에 필요한 전력을 판단하고, 판단한 전력에 따라 PWM 신호의 폭을 조절하여 부하에 안정된 전력이 공급된다.Then, the PWM signal generator 100 determines the power required for the load by the voltage detected by the sensing resistor 106, and adjusts the width of the PWM signal according to the determined power to supply stable power to the load.

이러한 스위칭 모드 전력 공급장치는 전원단자(B+)의 직류전압을 스위칭 소자(102)가 스위칭하여 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104a)에서 이차코일(104b)로 유도시키고, 그 전력 트랜스포머(104)의 이차코일(104b)로 유도된 전압을 정류 및 평활하여 다시 직류전압으로 변환한 후 부하에 공급함으로써 부하에 안정된 전력을 공급할 수 있다.The switching mode power supply device converts the DC voltage of the power supply terminal B + by the switching element 102 to induce the primary coil 104a of the insulation transformer 104 from the primary coil 104a to the secondary coil 104b, and the power transformer 104. It is possible to supply stable power to the load by rectifying and smoothing the voltage induced by the secondary coil 104b of the N) and converting it into a DC voltage and supplying the load to the load.

상기 스위칭 소자(102)가 스위칭될 경우에 스위칭 소자(102)의 드레인과 소스 사이에 걸리는 최대 전압은 전원단자(B+)에 인가되는 직류전압과 절연 트랜스포머(104)의 일차코일(104)에 걸리는 전압의 합이다.When the switching element 102 is switched, the maximum voltage applied between the drain and the source of the switching element 102 is applied to the primary coil 104 of the insulation transformer 104 and the DC voltage applied to the power supply terminal B +. Sum of voltages.

그러므로 전원단자(B+)에 인가할 수 있는 직류전압의 레벨은 상기 스위칭 소자(102)의 내압으로 제한되고, 전원단자(B+)에 인가되는 직류전압의 레벨이 높을 경우에 상기 스위칭 소자(102)의 드레인과 소스 사이에는 그의 내압 이상이 걸리게 되어 상기 스위칭 소자(102)가 과전압으로 손상되고, 부하로 안정된 직류전압을 공급하지 못하게 된다.Therefore, the level of the DC voltage that can be applied to the power supply terminal B + is limited to the breakdown voltage of the switching element 102, and the switching element 102 when the level of the DC voltage applied to the power supply terminal B + is high. An abnormal breakdown voltage is applied between the drain and the source, so that the switching element 102 is damaged due to overvoltage, and a stable DC voltage cannot be supplied to the load.

도 3은 본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 300은 PWM 신호 발생부이다. 상기 PWM 신호 발생부(300)는 입력되는 구동신호에 따라 소정의 폭 및 주기를 가지는 PWM 신호를 발생한다.3 is a view showing the configuration of a preferred embodiment of a switched mode power supply of the present invention. Here, reference numeral 300 denotes a PWM signal generator. The PWM signal generator 300 generates a PWM signal having a predetermined width and period according to the input driving signal.

부호 310은 게이트 드라이버이다. 상기 게이트 드라이버(310)는 상기 PWM 신호 발생부(300)가 발생한 하나의 PWM 신호를 동위상을 가지는 복수의 PWM 신호로 변환한다. 예를 들면, 상기 게이트 드라이버(310)는 하나의 일차코일과 두 개의 이차코일을 구비하고 있는 펄스 트랜스포머를 사용하여 상기 PWM 신호 발생부(300)가 발생한 하나의 PWM 신호를 동위상을 가지는 2개의 PWM 신호로 변환한다.Reference numeral 310 is a gate driver. The gate driver 310 converts one PWM signal generated by the PWM signal generator 300 into a plurality of PWM signals having a phase. For example, the gate driver 310 uses a pulse transformer having one primary coil and two secondary coils to output two PWM signals in phase with one PWM signal generated by the PWM signal generator 300. Convert to PWM signal.

부호 320 및 322는 제 1 및 제 2 스위칭 소자이다.Reference numerals 320 and 322 denote first and second switching elements.

부호 330은 상기 게이트 드라이버(310)가 출력하는 PWM 신호를 상기 제 1 스위칭 소자(320)의 게이트에 충방전시키는 제 1 충방전부이다. 상기 제 1 충방전부(330)는 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1)를 제 1 충전용 다이오드(332) 및 제 1 충전용 저항(334)을 통해 상기 제 1 스위칭 소자(320)의 게이트에 접속하여 충전경로를 구성하고, 또한 상기 제 1 스위칭 소자(320)의 게이트를 제 2 방전용 저항(336) 및 제 1 방전용 다이오드(338)를 통해 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1)에 접속하여 방전경로를 구성한다.Reference numeral 330 denotes a first charge / discharge unit for charging and discharging the PWM signal output from the gate driver 310 to the gate of the first switching element 320. The first charging and discharging unit 330 connects the output terminal OUT1 of the gate driver 310 to the first switching element 320 through the first charging diode 332 and the first charging resistor 334. A charging path is formed by connecting to a gate, and the output terminal of the gate driver 310 is connected to the gate of the first switching element 320 through a second discharge resistor 336 and a first discharge diode 338. Connect to OUT1 to form a discharge path.

부호 340은 상기 게이트 드라이버(310)가 출력하는 PWM 신호를 상기 제 2 스위칭 소자(322)의 게이트에 충방전시키는 제 2 충방전부이다. 상기 제 2 충방전 부(340)는 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT2)를 제 2 충전용 다이오드(342) 및 제 2 충전용 저항(344)을 통해 상기 제 2 스위칭 소자(322)의 게이트에 접속하여 충전경로를 구성하고, 또한 상기 제 1 스위칭 소자(322)의 게이트를 제 2 방전용 저항(346) 및 제 2 방전용 다이오드(348)를 통해 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT2)에 접속하여 방전경로를 구성한다.Reference numeral 340 denotes a second charge / discharge unit for charging and discharging the PWM signal output from the gate driver 310 to the gate of the second switching element 322. The second charging and discharging unit 340 uses the output terminal OUT2 of the gate driver 310 through the second charging diode 342 and the second charging resistor 344 to the second switching device 322. A charge path is connected to a gate of the gate driver and an output of the gate driver 310 is connected to the gate of the first switching element 322 through a second discharge resistor 346 and a second discharge diode 348. The discharge path is formed by connecting to the terminal OUT2.

상기 제 1 스위칭 소자(320)의 드레인은 전원단자(B+)에 접속되고, 상기 제 1 스위칭 소자(320)의 소스와 상기 제 2 스위칭 소자(322)의 드레인의 사이에 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352)이 접속되며, 상기 제 2 스위칭 소자(322)의 소스와 접지의 사이에 센싱용 저항(360)이 접속되어 제 2 스위칭 소자(322)의 소스와 센싱용 저항(360)의 접속점이 상기 PWM 신호 발생부(300)에 접속된다.The drain of the first switching element 320 is connected to the power supply terminal B +, and between the source of the first switching element 320 and the drain of the second switching element 322 of the insulating transformer 350. The primary coil 352 is connected, and the sensing resistor 360 is connected between the source of the second switching element 322 and the ground, so that the source of the second switching element 322 and the sensing resistor 360 are connected. A connection point is connected to the PWM signal generator 300.

그리고 상기 제 1 스위칭 소자(320)의 소스와 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352)의 접속점에 프리휠링용 다이오드(370)의 애노드가 접속되고, 프리휠링용 다이오드(370)의 캐소드는 접지에 접속된다.An anode of the freewheeling diode 370 is connected to a connection point between the source of the first switching element 320 and the primary coil 352 of the insulating transformer 350, and the cathode of the freewheeling diode 370 is grounded. Is connected to.

상기 절연 트랜스포머(350)의 이차코일(354)에는 직류전압 변환부(380)가 접속된다. 상기 직류전압 변환부(380)는 상기 절연 트랜스포머(350)의 이차코일(354)로 유도된 전압을 정류하는 다이오드(382)와, 상기 다이오드(382)에 의해 정류된 전압을 평활하여 부하에 직류전압을 공급하는 커패시터(384)로 구성된다.The DC voltage converter 380 is connected to the secondary coil 354 of the insulation transformer 350. The DC voltage converter 380 rectifies the voltage induced by the secondary coil 354 of the insulation transformer 350, and smoothes the voltage rectified by the diode 382 to direct the load to the load. And a capacitor 384 for supplying a voltage.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치는 전원단자(B+)에 직류전압이 인가된 상태에서 구동신호에 따라 PWM 신호 발생부(300)가 소정의 폭 및 주기를 가지는 PWM 신호를 발생한다.In the switching mode power supply apparatus of the present invention having such a configuration, the PWM signal generator 300 generates a PWM signal having a predetermined width and period according to a driving signal in a state in which a DC voltage is applied to the power supply terminal B +. .

상기 PWM 신호 발생부(300)가 발생한 PWM 신호는 게이트 드라이버(310)에 입력되어 2개의 PWM 신호로 분할되고, 분할된 2개의 PWM 신호는 출력단자(OUT1, OUT2)로 각기 출력된다.The PWM signal generated by the PWM signal generator 300 is input to the gate driver 310 and divided into two PWM signals, and the divided two PWM signals are output to the output terminals OUT1 and OUT2, respectively.

여기서, 상기 게이트 드라이버(310)는 예를 들면, 하나의 일차코일과 두 개의 이차코일을 구비한 펄스 트랜스포머를 사용하는 것으로서 상기 PWM 신호 발생부(300)가 발생한 PWM 신호를 하나의 일차코일로 입력하여 두 개의 이차코일에 동위상으로 유도시키고, 그 동위상으로 유도시킨 2개의 PWM 신호를 출력단자(OUT1, OUT2)로 출력한다.Here, the gate driver 310 uses a pulse transformer having one primary coil and two secondary coils, for example, and inputs a PWM signal generated by the PWM signal generator 300 as one primary coil. Then, the two secondary coils are induced in phase and the two PWM signals induced in phase are output to the output terminals OUT1 and OUT2.

상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1, OUT2)로 각기 출력되는 PWM 신호는 제 1 및 제 2 충방전부(330, 340)를 통해 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)의 게이트에 인가되므로 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)는 PWM 신호에 따라 도통상태 및 차단상태를 반복하게 된다.The PWM signals respectively output to the output terminals OUT1 and OUT2 of the gate driver 310 are connected to the gates of the first and second switching elements 320 and 322 through the first and second charging and discharging units 330 and 340. Since the first and second switching elements 320 and 322 are applied, the conducting state and the blocking state are repeated according to the PWM signal.

즉, 상기 게이트 드라이버(310)가 출력단자(OUT1, OUT2)로 출력하는 PWM 신호가 고전위 기간일 경우에 그 PWM 신호가 제 1 및 제 2 충방전부(330, 340)의 제 1 및 제 2 충전용 다이오드(332, 342) 및 제 1 및 제 2 충전용 저항(334, 344)을 통해 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)의 게이트에 충전된다.That is, when the PWM signal output by the gate driver 310 to the output terminals OUT1 and OUT2 is a high potential period, the PWM signal is the first and second of the first and second charging and discharging units 330 and 340. The gates of the first and second switching elements 320 and 322 are charged through the charging diodes 332 and 342 and the first and second charging resistors 334 and 344.

여기서, 본 발명은 제 1 및 제 2 충전용 저항(334, 344)의 값을 동일한 값으로 설정한다. 그러면, 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1, OUT2)에서 각기 출력되어 제 1 및 제 2 충전용 다이오드(332, 342) 및 제 1 및 제 2 충전용 저 항(334, 344)을 통해 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)의 게이트에 충전되는 시정수가 동일하게 된다. 그러므로 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)의 게이트 전압은 동시에 그의 드레시홀드 전압 이상으로 되어 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)는 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 동시에 도통상태로 된다.Here, the present invention sets the values of the first and second charging resistors 334 and 344 to the same value. Then, the output terminals OUT1 and OUT2 of the gate driver 310 are respectively output through the first and second charging diodes 332 and 342 and the first and second charging resistors 334 and 344. The time constants charged in the gates of the first and second switching elements 320 and 322 are the same. Therefore, the gate voltages of the first and second switching elements 320 and 322 are simultaneously above their threshold voltages so that the first and second switching elements 320 and 322 are shown in Figs. 4A and 4B. At the same time, it is in a conductive state.

상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)가 도통상태로 되면, 전원단자(B+)로부터 제 1 스위칭 소자(320), 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352), 제 2 스위칭 소자(322) 및 센싱용 저항(322)을 순차적으로 통해 접지로 전류가 흐르게 된다.When the first and second switching elements 320 and 322 are in a conductive state, the primary coil 352 and the second switching element of the first switching element 320, the insulating transformer 350, and the The current flows to the ground through the 322 and the sensing resistor 322 sequentially.

그리고 상기 게이트 드라이버(310)가 출력단자(OUT1, OUT2)로 출력하는 PWM 신호가 저전위 기간일 경우에 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)의 게이트에 충전되어 있던 전류가 제 1 및 제 2 방전용 저항(326, 346) 및 제 1 및 제 2 방전용 다이오드(338, 348)를 통해 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1, OUT2)로 방전되어 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)가 차단상태로 되고, 제 1 스위칭 소자(320), 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352), 제 2 스위칭 소자(322) 및 센싱용 저항(322)으로 전류가 흐르지 않게 된다.When the PWM signal output by the gate driver 310 to the output terminals OUT1 and OUT2 is in the low potential period, the currents charged in the gates of the first and second switching elements 320 and 322 become first and second. The second and second discharge resistors 326 and 346 and the first and second discharge diodes 338 and 348 are discharged to the output terminals OUT1 and OUT2 of the gate driver 310 to discharge the first and second switching elements ( 320 and 322 are cut off, and no current flows to the first switching element 320, the primary coil 352 of the insulating transformer 350, the second switching element 322, and the sensing resistor 322. .

여기서, 본 발명은 제 2 방전용 저항(346)의 값을 제 1 방전용 저항(336)의 값보다 높게 설정한다. 그러면, 제 1 스위칭 소자(320)의 게이트에 충전되어 있던 전압이 제 1 방전용 저항(336) 및 제 1 방전용 다이오드(338)를 통해 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT1)로 먼저 방전되고, 제 2 스위칭 소자(322)의 게이트에 충전되어 있던 전압은 제 2 방전용 저항(346) 및 제 2 방전용 다이오드(348)를 통해 상기 게이트 드라이버(310)의 출력단자(OUT2)로 나중에 방전된다.Here, in the present invention, the value of the second discharge resistor 346 is set higher than the value of the first discharge resistor 336. Then, the voltage charged in the gate of the first switching element 320 firstly goes to the output terminal OUT1 of the gate driver 310 through the first discharge resistor 336 and the first discharge diode 338. The discharged voltage is charged in the gate of the second switching element 322 to the output terminal OUT2 of the gate driver 310 through the second discharge resistor 346 and the second discharge diode 348. Discharged later.

그러므로 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 스위칭 소자(320)가 먼저 차단상태로 된 후 제 2 스위칭 소자(322)가 차단상태로 되고, 전원단자(B+)로부터 제 1 스위칭 소자(320), 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352), 제 2 스위칭 소자(322) 및 센싱용 저항(322)을 순차적으로 통해 접지로 전류가 흐르지 못하게 된다.Therefore, as shown in (a) and (b) of FIG. 4, the first switching element 320 is first turned off, and then the second switching element 322 is turned off, and the first switching element 322 is turned off. Through the first switching element 320, the primary coil 352 of the insulating transformer 350, the second switching element 322, and the sensing resistor 322, current does not flow to the ground.

상기 제 1 스위칭 소자(320)가 차단상태로 되면, 프리휠링용 다이오드(370)에 의해 제 1 스위칭 소자(320)의 드레인과 소스 사이의 전압(Vds1)은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 전원단자(B+)의 직류전압이 걸리게 된다.When the first switching device 320 is turned off, the voltage Vds1 between the drain and the source of the first switching device 320 by the freewheeling diode 370 is shown in FIG. 4C. As described above, the DC voltage of the power supply terminal B + is applied.

그리고 상기 제 1 스위칭 소자(320)가 차단상태로 된 후 제 2 스위칭 소자(322)가 차단상태로 되므로 제 2 스위칭 소자(322)의 드레인과 소스 사이의 전압(Vds2)은 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 절연 트랜스포머(350)의 이차코일(354)에 걸려 있는 전압에 의해 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352)로 유도되는 전압이 걸리게 된다.Since the second switching element 322 is turned off after the first switching element 320 is turned off, the voltage Vds2 between the drain and the source of the second switching element 322 is shown in FIG. As shown in FIG. 2), the voltage applied to the secondary coil 354 of the insulation transformer 350 is applied to the primary coil 352 of the insulation transformer 350.

즉, 본 발명은 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)가 차단상태로 될 경우에 제 1 스위칭 소자(320)가 먼저 차단상태로 되면서 그의 드레인과 소스 사이에는 전원단자(B+)의 직류전압이 걸리게 되고, 제 1 스위칭 소자(320)가 차단상태로 된 후 소정의 시간이 경과될 경우에 제 2 스위칭 소자(322)가 차단상태로 되면서 그의 드레인과 소스 사이에는 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352)의 전압이 걸리게 된다.That is, in the present invention, when the first and second switching elements 320 and 322 are cut off, the first switching element 320 is turned off first, and the direct current of the power supply terminal B + is connected between the drain and the source thereof. When a voltage is applied and a predetermined time elapses after the first switching element 320 is turned off, the second switching element 322 is turned off, and the insulating transformer 350 is disposed between the drain and the source thereof. The voltage of the primary coil 352 is applied.

이 때, 상기 센싱용 저항(360)은 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)가 스 위칭되면서 흐르는 전류를 전압으로 검출하고, 검출한 전압이 상기 PWM 신호 발생부(300)로 입력되므로 PWM 신호 발생부(300)는 상기 센싱용 저항(360)이 검출한 전압으로 부하에 필요한 전력을 판단하고, 판단한 전력에 따라 PWM 신호의 폭을 조절하여 부하에 안정된 전력이 공급된다.In this case, the sensing resistor 360 detects a current flowing as the first and second switching elements 320 and 322 are switched, and the detected voltage is input to the PWM signal generator 300. The PWM signal generator 300 determines the power required for the load by the voltage detected by the sensing resistor 360, and adjusts the width of the PWM signal according to the determined power to supply stable power to the load.

그리고 상기한 바와 같이 제 1 및 제 2 스위칭 소자(320, 322)가 스위칭되면서 절연 트랜스포머(350)의 일차코일(352)에 걸리는 전압이 이차코일(354)로 유도되고, 그 이차코일(354)로 유도된 전압은 직류전압 변환부(380)의 다이오드(382)에 의해 정류되고, 커패시터(384)에 의해 평활되어 직류전압으로 변환된 후 부하에 공급되어 부하가 동작하게 된다.As described above, the voltage applied to the primary coil 352 of the insulating transformer 350 is induced to the secondary coil 354 while the first and second switching elements 320 and 322 are switched, and the secondary coil 354. The induced voltage is rectified by the diode 382 of the DC voltage converter 380, smoothed by the capacitor 384, converted to DC voltage, and supplied to the load to operate the load.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.The present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments, but those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the scope of the present invention. Will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

본 발명은 직류전압을 스위칭하여 교류전압으로 변환하고, 그 변환한 교류전 압을 다시 직류전압으로 변환하여 부하에 안정된 전력을 공급하는 스위칭 모드 전력 공급장치에 관한 것으로서 입력전압을 스위칭하기 위하여 복수의 스위칭 소자를 사용하고, 전원단자의 전압과 전원단자의 스위칭하는 절연 트랜스포머에 걸리는 전압이 복수의 스위칭 소자에 분산되어 걸리도록 함으로써 입력되는 전원전압의 레벨이 높아도 복수의 스위칭 소자가 안정되게 스위칭 동작을 수행하여 부하에 안정된 직류전압을 공급한다.The present invention relates to a switching mode power supply for supplying stable power to a load by converting a DC voltage and converting it into an AC voltage, and converting the converted AC voltage back into a DC voltage. By using an element, the voltage of the power supply terminal and the voltage applied to the insulating transformer for switching the power supply terminal are dispersed and applied to the plurality of switching elements, so that the switching operation is stably performed even if the level of the input power supply voltage is high. Supply a stable DC voltage to the load.

도 1은 일반적인 스위칭 모드 전력 공급장치의 구성을 예로 들어 보인 도면,1 is a view showing an example of a configuration of a general switching mode power supply;

도 2의 (a) 내지 (e)는 도 1의 각부의 동작 파형도,(A) to (e) is an operation waveform diagram of each part of FIG.

도 3은 본 발명의 스위칭 모드 전력 공급장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면, 및3 is a view showing the configuration of a preferred embodiment of a switched mode power supply of the present invention, and

도 4의 (a) 내지 (d)는 도 3의 각부의 동작 파형도이다.4A to 4D are operational waveform diagrams of respective parts of FIG. 3.

Claims (9)

PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부;A PWM signal generator for generating a PWM signal; 상기 PWM 신호 발생부가 발생한 PWM 신호를 동위상을 가지는 복수의 PWM 신호로 분할하는 게이트 드라이버;A gate driver for dividing the PWM signal generated by the PWM signal generator into a plurality of PWM signals having in phase; 복수의 스위칭 소자;A plurality of switching elements; 상기 게이트 드라이버에서 분할된 복수의 PWM 신호에 따라 상기 복수의 스위칭 소자를 각기 스위칭시키는 복수의 충방전부;A plurality of charging and discharging units which respectively switch the plurality of switching elements according to the plurality of PWM signals divided by the gate driver; 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전원단자의 전압이 일차코일에서 이차코일로 유도되게 하는 절연 트랜스포머; 및An insulating transformer for causing a voltage of a power supply terminal to be induced from the primary coil to the secondary coil according to the switching of the plurality of switching elements; And 상기 절연 트랜스포머의 이차코일로 유도된 전압을 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 직류전압 변환부;를 포함하고,And a DC voltage converter converting a voltage induced by the secondary coil of the insulation transformer into a DC voltage and supplying the load to a load. 상기 복수의 스위칭 소자는;The plurality of switching elements are; 상기 전원단자와 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 일측단자 사이에 구비되어 스위칭 되는 제 1 스위칭 소자; 및A first switching element provided and switched between the power supply terminal and one terminal of the primary coil of the insulation transformer; And 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 타측단자와 접지측의 사이에 구비되어 스위칭되는 제 2 스위칭 소자를 포함하며,A second switching element provided between the other terminal of the primary coil of the insulation transformer and the ground side to be switched, 상기 복수의 충방전부는;The plurality of charge and discharge unit; 상기 게이트 드라이버에서 분할된 PWM 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 각기 스위칭시키는 제 1 및 제 2 충방전부;로 이루어지며,And first and second charging and discharging units for switching the first and second switching elements, respectively, in accordance with the PWM signal divided by the gate driver. 상기 제 1 및 제 2 충방전부는;The first and second charge and discharge unit; 상기 게이트 드라이버의 제 1 및 제 2 출력단자로 고전위 신호가 출력될 경우에 그 고전위 신호를 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 게이트에 각기 충전시키고 상호간에 직렬 연결되는 제 1 및 제 2 충전용 다이오드와 제 1 및 제 2 충전용 저항; 및When high potential signals are output to the first and second output terminals of the gate driver, the high potential signals are charged to the gates of the first and second switching elements, respectively, and the first and second charges connected in series with each other. A diode for and first and second charging resistors; And 상기 게이트 드라이버의 제 1 및 제 2 출력단자로 저전위 신호가 출력될 경우에 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 게이트의 전압을 상기 게이트 드라이버의 제 1 및 제 2 출력단자로 각기 방전시키고 상호간에 직렬 연결되는 제 1 및 제 2 방전용 다이오드와 제 1 및 제 2 방전용 저항;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.When the low potential signal is output to the first and second output terminals of the gate driver, the voltages of the gates of the first and second switching elements are discharged to the first and second output terminals of the gate driver, respectively. Switching mode power supply characterized in that it comprises a; and the first and second discharge diode and the first and second discharge resistor connected in series. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 드라이버는;The gate driver of claim 1, further comprising: a gate driver; 하나의 일차코일과 복수의 이차코일을 구비한 펄스 트랜스포머인 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.Switching mode power supply characterized in that the pulse transformer having a primary coil and a plurality of secondary coils. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 전압으로 검출하여 상기 PWM 신호 발생부로 입력시키는 센싱용 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.And a sensing resistor configured to detect a current flowing through the plurality of switching elements as a voltage and input the voltage to the PWM signal generator. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 충전용 저항은;The method of claim 1, wherein the first and second charging resistors; 동일한 저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.Switched mode power supply, characterized in that having the same resistance value. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 방전용 저항은;The method of claim 1, wherein the first and second discharge resistors; 상기 제 1 방전용 저항의 저항 값보다 제 2 방전용 저항의 저항 값을 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.Switching mode power supply, characterized in that for setting the resistance value of the second discharge resistor higher than the resistance value of the first discharge resistor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 절연 트랜스포머의 일차코일의 일측단자의 접속점과 접지의 사이에 접속되는 프리휠링용 다이오드를 더 포함하고,And a freewheeling diode connected between the connection point of one terminal of the primary coil of the first switching element and the insulated transformer and ground. 상기 제 1 및 제 2 충방전부는;The first and second charge and discharge unit; 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 PWM 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 동시에 도통상태로 되고, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 차단상태로 될 경우에 상기 제 1 스위칭 소자가 먼저 차단상태로 된 후 상기 제 2 스위칭 소자가 차단상태로 되게 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.According to the PWM signal output from the gate driver, the first and second switching devices are simultaneously in a conductive state, and when the first and second switching devices are in a blocking state, the first switching device is first switched to a blocking state. Switching the second switching element to a shut-off state after the operation. 제 1 항에 있어서, 상기 직류전압 변환부는;The method of claim 1, wherein the DC voltage converter; 상기 절연 트랜스포머의 이차코일로 유도된 전압을 정류하는 다이오드; 및A diode for rectifying the voltage induced into the secondary coil of the isolation transformer; And 상기 다이오드가 정류한 전압을 평활하는 커패시터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위칭 모드 전력 공급장치.Switching mode power supply, characterized in that it comprises a capacitor for smoothing the voltage rectified by the diode.

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