KR101300379B1 - 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전원 공급 동작시의 이상 동작, 고장 등에 의한 과전류 또는 단락 전류와 같은 이상 전류를 검출하여 동작을 차단할 수 있는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원으로 변환하고, 입력되는 레벨 변동 신호에 따라 스위칭 동작의 중단 및 유지를 제어하는 전원 변환부와, 동작 초기에 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류를 충전한 후, 충전 후의 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류의 레벨 변동을 상기 전원 변환부에 전달하는 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전원 공급 동작시의 이상 동작, 고장 등에 의한 과전류 또는 단락 전류와 같은 이상 전류를 검출하여 동작을 차단할 수 있는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 전기적 기능을 구형하는 각종 전자 장치에는 구동을 위한 구동 전원을 공급하는 전원 장치가 채용된다.
이러한 전원 장치는 전력용 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 스위칭 소자로 사용하며, 이러한 스위칭 소자는 주기적으로 온/오프 동작을 수행하여 출력 전압의 크기 등을 제어한다. 이때, 스위칭 소자의 주기 동작 및 보호 기능 등을 제어하는 제어회로가 전원 장치에 채용될 수 있으며, 제어회로는 빠른 속도의 응답을 갖는 전기적 특징으로 인해 주로 아날로그 방식으로 구현된다.
그러나, 아날로그 방식으로 구현된 제어 회로는 보통 회로 구성이 고정되어 있어서 보호 기능의 안정도 및 신뢰도가 떨어지게 된다. 이에 따라, 안정적이고 신뢰도가 높은 보호회로가 별도로 필요하다.
별도로 채용된 보호 회로는 전원 장치의 원활한 전원 공급 동작 구현을 위해 동작 초기의 스파이크 성 전류 또는 노이즈 펄스에 대해서는 응답이 둔감하여야 하고, 스위칭 소자에 과전류 또는 단락 전류가 흐를 시에는 스위칭 소자의 동작을 신속하게 차단하는 보호 기능을 가질 필요가 있다.
본 발명의 목적은 동작 초기의 스파이크 성 전류 또는 노이즈 펄스에 대해서는 응답이 둔감하여야 하고, 스위칭 소자에 과전류 또는 단락 전류가 흐를 시에는 스위칭 소자의 동작을 신속하게 차단할 수 있는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원으로 변환하고, 입력되는 레벨 변동 신호에 따라 스위칭 동작의 중단 및 유지를 제어하는 전원 변환부와, 동작 초기에 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류를 충전한 후, 충전 후의 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류의 레벨 변동을 갖는 상기 레벨 변동 신호를 상기 전원 변환부에 전달하는 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 역률을 보정한 역률 보정 전원을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하고, 신호 입력단에 입력되는 상기 보호부의 레벨 변동에 따라 상기 스위칭부의 동작 차단을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭부는 역률 보정된 전원을 스위칭하는 제1 스위치와, 역률 보정된 전원이 공급되는 전원단과 접지 사이에 상기 제1 스위치와 직렬 연결되어 상기 제1 스위치의 스위칭과 반대로 교번 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 스위치의 스위칭 온 시에 스위칭된 전원의 전류를 검출하는 검출 저항과, 상기 스위칭된 전원의 전류를 충전하는 캐패시터와, 상기 캐패시터에 충전된 전류를 일정 레벨로 유지시키는 다이오드와, 사전에 설정된 저항값 비율에 따라 상기 전원 변환부의 스위칭 동작 중단 시에 상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제1 저항 및 제2 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 검출 저항은 상기 제2 스위치에 연결된 일측을 갖고, 접지에 연결된 타측을 가질 수 있으며, 상기 캐패시터는 상기 검출 저항의 일측에 연결된 일단을 갖고, 상기 제어부의 신호 입력단에 연결된 타단을 가질 수 있으며, 상기 제1 저항은 상기 캐패시터의 타단에 연결된 일측을 갖고, 접지에 연결된 타측을 가질 수 있으며, 상기 제2 저항은 상기 제1 저항의 일측에 연결된 일측을 갖고, 타측을 가질 수 있으며, 상기 다이오드는 상기 제2 저항의 타측에 연결된 애노드와 접지에 연결된 캐소드를 가질 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 저항의 저항값은 상기 제2 저항의 저항값보다 클 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 캐패시터의 용량값은 1nF 이상이고 1uF 이하일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상용 교류 전원을 입력받아 정류 및 평활하는 정류부와, 정류 평활된 전원의 전류와 전압의 위상차를 교정하는 역률 보정부와, 스위칭된 전원의 전압 레벨을 사전에 설정된 전압 레벨로 변압하는 변압부와, 상기 변압부에 의해 변압된 전원을 안정화시켜 상기 구동 전원을 출력하는 출력 안정화부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 동작시 발생된 전류를 충전하여 충전된 전압 레벨의 변동에 따라 전류의 이상 여부를 판단함으로써, 동작 초기의 스파이크 성 전류 또는 노이즈 펄스에 대해서는 응답이 둔감하고, 스위칭 소자에 과전류 또는 단락 전류가 흐를 시에는 스위칭 소자의 동작을 신속하게 차단하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에서의 스위칭 전류 및 검출된 전압을 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에서의 스위칭 전류 및 검출된 전압을 나타내는 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 변환부(110)와 보호부(120)를 포함할 수 있다.
전원 변환부(110)는 정류부(111), 역률 보정부(112), 스위칭부(113), 제어부(114), 변압부(115) 및 출력 안정화부(116)를 포함할 수 있다.
정류부(111)는 대략 90V 내지 264V의 상용 교류 전원을 입력받아 이를 정류 및 평활할 수 있다.
역률 보정부(112)는 정류부(111)로부터의 직류 전원을 스위칭함으로써 전류 및 전압의 위상차를 교정하여 전원의 역률을 보정할 수 있다.
스위칭부(113)는 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스위치는(Q1,Q2)는 역률 보정부(112)로부터의 전원이 전달되는 전원단과 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다. 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)는 각각 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터로 구성될 수 있으며, 제1 스위치(Q1)의 드레인(drain)은 상기 전원단에 연결되고, 게이트(gate)는 제어부(114)에 연결되며, 소스(source)는 제2 스위치(Q2)에 연결될 수 있다. 제2 스위치(Q2)의 드레인은 제1 스위치(Q1)의 소스에 연결되고, 게이트는 제어부(114)에 연결되며, 소스는 보호부(120)의 검출 저항(Rsense)의 일단에 연결된다. 제1 스위치(Q1)과 제2 스위치(Q2)는 서로 교번 스위칭할 수 있다.
제어부(114)는 스위칭부(113)의 스위칭 온 및 오프 동작을 제어할 수 있으며, 신호 입력단(CS)를 구비하여 보호부(120)로부터의 레벨 변동을 전달받아 스위칭부(113)의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)에 흐르는 전류의 이상 여부를 판단하여, 이상 전류가 흐를 시에 스위칭부(113)의 스위칭 동작을 차단하도록 제어할 수 있다. 제어부(114)의 제어 신호는 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 게이트에 입력될 수 있다.
변압부(115)는 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 갖는 이차 권선을 갖는 트랜스포머(T)를 구비하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 전원을 출력할 수 있다. 이때, 변압부(115)는 공진 캐패시터(Cr) 및 누설 인덕터(Llkg)를 구비할 수 있다.
출력 안정화부(116)는 변압부(115)의 이차 권선의 일단 및 타단에 각각의 애노드가 연결된 제1 및 제2 출력 다이오드(Do1, Do2)와, 제1 및 제2 출력 다이오드(Do1, Do2)의 캐소드에 일단이 연결되고 이차측 그라운드에 타단이 연결된 출력 캐패시터(Co)를 포함할 수 있다.
보호부(120)는 검출 저항(Rsense), 캐패시터(C1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
검출 저항(Rsense)의 일단은 스위칭부(113)의 제2 스위치(Q2)의 소스에 연결되고, 타단은 일차측 접지에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)의 일단은 검출 저항(Rsense)의 일단에 연결되고, 타단은 제어부(114)의 신호 입력단(CS)에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)의 일단은 캐패시터(C1)의 타단에 연결되고, 타단은 일차측 접지에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 일단은 제1 저항(R1)의 일단에 연결되고, 타단은 다이오드(D1)의 애노드에 연결될 수 있다. 다이오드(D1)의 캐소드는 일차측 접지에 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에서의 스위칭 전류 및 검출된 전압을 나타내는 그래프이다.
도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 화살표와 같이 스위칭부(113)에 흐르는 전류(IDS)는 공급과 차단이 반복될 수 있다. 이때, 캐패시터(C1)은 대략 1nF 내지 1uF의 크기를 가지고 있어서 검출 저항(Rsense)에 인가되는 전류(IDS)를 충전할 수 있다. 이때의 충전 전압(VCS)은 그래프에 도시된 바와 같이, 자연 방전에 의해 전압 레벨이 저감되는 부분을 제외하고는 대략 일정하게 전압 레벨이 유지될 수 있다. 이에 따라, 전원 공급 장치의 동작 초기에 스위칭부(113)에 흐르는 전류(IDS)에 포함될 수 있는 스파이크 전류나, 비정상적이고 순간적인 펄스와 같은 전류 변환에 의해 보호 기능이 동작하는 것을 방지하여, 안정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 정상 동작시에는 캐패시터(C1)과 다이오드(D1)의 역방향 특성에 의해충전 전압(VCS)이 일정 전압 레벨을 유지하고 있으므로, 과전류 또는 단락 전류가 스위칭부(113)에 흐를 시에는, 이상 동작으로 판단할 수 있는 레벨까지 레벨 변동이 신속하게 이루어져 전류의 이상 흐름을 정확하게 검출하여 스위칭부(113)의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 동작을 신속하게 차단할 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)에 흐르는 전류가 적어져 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 손실 및 파손을 방지할 수 있다.
이때, 제1 저항(R1)의 저항값은 제2 저항(R2)의 저항값보다 크게 설정하여 과전류 또는 단락 전류가 발생하였을 시에는 제1 저항(R1)이 레벨 변동에 영향을 못미치게 하고, 전원 공급 장치의 동작이 완전히 중단되었을 경우 캐패시터(C1)에 충전된 전하를 방전하기 위해 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스위칭 동작시 발생된 전류를 충전하여 충전된 전압 레벨의 변동에 따라 전류의 이상 여부를 판단함으로써, 동작 초기의 스파이크 성 전류 또는 노이즈 펄스에 대해서는 응답이 둔감하고, 스위칭 소자에 과전류 또는 단락 전류가 흐를 시에는 스위칭 소자의 동작을 신속하게 차단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...전원 공급 장치
110...전원 변환부
111...정류부
112...역률 보정부
113...스위칭부
114...제어부
115...변압부
116...출력 안정화부
120...보호부
110...전원 변환부
111...정류부
112...역률 보정부
113...스위칭부
114...제어부
115...변압부
116...출력 안정화부
120...보호부
Claims (8)
- 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원으로 변환하고, 입력되는 레벨 변동 신호에 따라 스위칭 동작의 중단 및 유지를 제어하는 전원 변환부; 및
동작 초기에 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류를 충전한 후, 충전 후의 상기 전원 변환부의 스위칭 동작시 발생된 전류의 레벨 변동을 갖는 상기 레벨 변동 신호를 상기 전원 변환부에 전달하는 보호부;를 포함하며,
상기 전원 변환부는 동작 초기에 스위칭 동작에 의해 발생된 전류에 스파이크 전류 또는 순간적인 펄스가 포함되는 경우 상기 보호부의 작동을 방지하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제1항에 있어서, 상기 전원 변환부는
상기 입력 전원의 역률을 보정한 역률 보정 전원을 스위칭하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부의 스위칭을 제어하고, 신호 입력단에 입력되는 상기 보호부의 레벨 변동에 따라 상기 스위칭부의 동작 차단을 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제2항에 있어서, 상기 스위칭부는
역률 보정된 전원이 공급되는 전원단에 전기적으로 연결되어, 역률 보정된 전원을 스위칭하는 제1 스위치; 및
상기 제1 스위치와 직렬 연결되고, 상기 보호부를 통해 접지에 연결되며, 상기 제1 스위치의 스위칭과 교번 스위칭하는 제2 스위치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제3항에 있어서, 상기 보호부는
상기 제2 스위치의 스위칭 온 시에 스위칭된 전원의 전류를 검출하는 검출 저항;
상기 스위칭된 전원의 전류를 충전하는 캐패시터;
상기 캐패시터에 충전된 전류를 일정 레벨로 유지시키는 다이오드; 및
사전에 설정된 저항값 비율에 따라 상기 전원 변환부의 스위칭 동작 중단 시에 상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제1 저항 및 제2 저항을 포함하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제4항에 있어서,
상기 검출 저항은 상기 제2 스위치에 연결된 일측을 갖고, 접지에 연결된 타측을 가지며,
상기 캐패시터는 상기 검출 저항의 일측에 연결된 일단을 갖고, 상기 제어부의 신호 입력단에 연결된 타단을 가지며,
상기 제1 저항은 상기 캐패시터의 타단에 연결된 일측을 갖고, 접지에 연결된 타측을 가지며,
상기 제2 저항은 상기 제1 저항의 일측에 연결된 일측을 갖고, 타측을 가지며,
상기 다이오드는 상기 제2 저항의 타측에 연결된 애노드와 접지에 연결된 캐소드를 갖는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 저항의 저항값은 상기 제2 저항의 저항값보다 큰 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제4항에 있어서,
상기 캐패시터의 용량값은 1nF 이상이고 1uF 이하인 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치. - 제2항에 있어서, 상기 전원 변환부는
상용 교류 전원을 입력받아 정류 및 평활하는 정류부;
정류 평활된 전원의 전류와 전압의 위상차를 교정하는 역률 보정부;
스위칭된 전원의 전압 레벨을 사전에 설정된 전압 레벨로 변압하는 변압부; 및
상기 변압부에 의해 변압된 전원을 안정화시켜 상기 구동 전원을 출력하는 출력 안정화부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치.
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KR1020100128478A KR101300379B1 (ko) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치 |
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