KR101315207B1 - Power supply device using flyback typed ac-dc converter in order to minimize standby power - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셋톱박스와 같은 가전기기에 있어서 대기전력을 최소화하기 위한 플라이백(flyback) 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에 관한 것이다. 본 발명의 전원장치는, 정류부, 고주파 변압기, 스위칭부, 출력 정류부 및 부하상태 검출부를 포함한다. 스위칭부는 부하상태 검출부로부터 제공되는 스위칭 펄스에 따라 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나만 온/오프 스위칭하거나, 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭한다. 부하상태 검출부는 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기로부터 부하 상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 판정하고, 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일만 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력한다.The present invention relates to a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter for minimizing standby power in home appliances such as set-top boxes. The power supply apparatus of the present invention includes a rectifier, a high frequency transformer, a switching unit, an output rectifier and a load state detector. The switching unit switches on / off only one of the two primary coils of the high frequency transformer or on / off the two primary coils according to a switching pulse provided from the load state detection unit. The load state detection unit determines whether the load state is normal or standby from the magnitude of the current flowing to the secondary side of the high frequency transformer. When the load state is normal, the load state detection unit is configured to switch on / off both primary coils. A switching pulse is generated and output to the switching unit. When the load state is a standby state, a switching pulse for switching ON / OFF of only one coil of two primary coils is generated and output to the switching unit.

Figure R1020120017770
Figure R1020120017770

Description

대기전력을 최소화하기 위한 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치{POWER SUPPLY DEVICE USING FLYBACK TYPED AC-DC CONVERTER IN ORDER TO MINIMIZE STANDBY POWER}POWER SUPPLY DEVICE USING FLYBACK TYPED AC-DC CONVERTER IN ORDER TO MINIMIZE STANDBY POWER}

본 발명은 셋톱박스와 같은 가전기기에 있어서 대기모드에서의 소비전력, 즉 대기전력을 최소화하기 위한 저전력 고효율 전원장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 교류 입력전원으로부터 저압의 직류전원을 생성하기 위하여 가변 구조의 변압기 권선비를 갖는 플라이백(flyback) 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low power high efficiency power supply for minimizing standby power consumption, that is, standby power in a home appliance such as a set-top box. More specifically, the present invention relates to a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter having a transformer winding ratio of a variable structure to generate a low voltage DC power source from an AC input power source.

셋톱박스(set-top box)와 같은 각종 가정용 전자기기의 전원장치는 교류 입력전원으로부터 소정 레벨의 직류전원을 생성하기 위하여, 플라이백 방식을 이용한 교류-직류 컨버터를 채용하고 있다. 이하, 종래 기술에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.BACKGROUND ART Power supply devices for various home electronic devices such as set-top boxes employ an AC-DC converter using a flyback method to generate a predetermined level of DC power from an AC input power source. Hereinafter, a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter according to the prior art will be described in more detail.

도 1은 종래의 기술에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram schematically showing a power supply using a flyback type AC-DC converter according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치는 교류 전원(11), EMI 필터부(12), 정류부(13), 고주파 변압기(14), 스위칭부, 및 전력 출력부를 포함한다. 도 1에서, 스위칭부는 PWM(pulse width modulation) 제어기(15), 및 고주파 변압기(14)의 1차 측에 연결된 스위칭 소자로 구성되고, 전력 출력부는 고주파 변압기(14)의 2차 측에 연결된 다이오드(Do) 및 커패시터(C2)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the power supply apparatus using the flyback type AC-DC converter according to the related art includes an AC power source 11, an EMI filter unit 12, a rectifying unit 13, a high frequency transformer 14, A switching unit, and a power output unit. In FIG. 1, the switching portion is composed of a pulse width modulation (PWM) controller 15 and a switching element connected to the primary side of the high frequency transformer 14, and the power output portion is a diode connected to the secondary side of the high frequency transformer 14. (Do) and a capacitor (C 2 ).

도 1에서, 교류 전원(11)은 일반적으로 상용 교류 전원 등으로 구현되며, 예를 들어, 220V 교류 전압을 출력할 수 있다. EMI 필터부(12)는 교류 전원(11)으로부터 출력되는 전원 신호에 포함된 전자파 간섭(EMI : electro magnetic interference) 잡음 성분을 제거한다. 정류부(13)는 상기 EMI 필터부(12)를 통해 필터링된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.In FIG. 1, the AC power source 11 is generally implemented as a commercial AC power source, for example, and may output a 220V AC voltage. The EMI filter unit 12 removes an electromagnetic interference (EMI) noise component included in a power signal output from the AC power source 11. The rectifier 13 converts the AC voltage filtered through the EMI filter 12 into a DC voltage.

다음으로, 고주파 변압기(14)는 1차 측의 에너지(예를 들어, 전력)를 1차 측과 2차 측의 권선비, 예를 들어, 1:n에 따라 2차 측으로 전달한다. 한편, 스위칭부는 고주파 변압기(14)의 1차 측의 전류를 스위칭하고, 그 스위칭 듀티비(duty ratio)를 PWM 제어기(15)에 의해 조절할 수 있도록 구성된다. 따라서, 고주파 변압기(14)의 1차 측의 전력, 즉, 직류 전압 및 전류가 스위칭되면서 2차 측으로 전달되고, 2차 측으로 전달된 전력은 다이오드(Do) 및 커패시터(C2)로 구성된 전력 출력부에 의해 정류되고, 그 결과, 부하 저항(RL) 양단에서 직류 전압(Vo)이 얻어진다.Next, the high frequency transformer 14 transfers energy (eg, power) on the primary side to the secondary side according to the turns ratio of the primary side and the secondary side, eg, 1: n. On the other hand, the switching unit is configured to switch the current on the primary side of the high frequency transformer 14 and adjust its switching duty ratio by the PWM controller 15. Accordingly, the power of the primary side of the high frequency transformer 14, that is, the DC voltage and the current are transferred to the secondary side while being switched, and the power delivered to the secondary side is a power output composed of a diode Do and a capacitor C 2 . The rectification is performed by the negative part, and as a result, the DC voltage Vo is obtained across the load resistance R L.

위와 같이 종래의 기술에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치는 최대 정격에서 에너지를 부하에 전달하기 위하여 고주파 변압기(14)의 자화 인덕턴스(magnetization inductance)(Lp)는 일반적으로 작은 값으로 설계된다. 그러나, 전자기기의 대기모드와 같은 경부하 조건에서, 작은 자화 인덕턴스는 큰 자화 전류를 생성하고, 이것은 MOSFET와 같은 스위칭 소자의 스위칭 손실과, 변압기 권선의 동손(copper loss) 그리고 스너버(snubber) 방전 손실을 많이 발생시킨다.As described above, in the power supply using the flyback type AC-DC converter according to the related art, the magnetization inductance Lp of the high frequency transformer 14 is generally small in order to transfer energy to the load at the maximum rating. Is designed. However, under light load conditions such as standby mode of electronic devices, small magnetizing inductance produces large magnetizing current, which causes switching losses of switching elements such as MOSFETs, copper loss and snubber of transformer windings. It generates a lot of discharge loss.

본 발명은 위와 같이 설명된 종래의 기술적 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전자기기의 정상 상태 또는 대기 상태에 따라 고주파 변압기의 자화 인덕턴스를 변경할 수 있도록 구성함으로써 전자기기의 대기 상태에서 요구되는 전원장치의 대기 전력을 감소시킬 수 있는 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the conventional technical problem described above, it is configured to change the magnetization inductance of the high frequency transformer according to the normal state or standby state of the electronic device by the standby of the power supply required in the standby state of the electronic device An object of the present invention is to provide a power supply apparatus using an AC-DC converter of a flyback method capable of reducing power.

또한, 본 발명은 스위칭 동작에 의해 고주파 변압기의 1차 측의 권선수를 가변할 수 있는 변압기 구조를 제공하는 플라이백 방식의 저전력 고효율 전원장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a flyback type low power high efficiency power supply device that provides a transformer structure capable of varying the number of turns of the primary side of the high frequency transformer by a switching operation.

더욱 구체적으로, 본 발명은 전자기기가 대기 상태와 같은 경부하 모드인 경우에 자화 인덕턴스가 증가될 수 있도록 고주파 변압기의 1차 측의 결선을 변경하고, 전자기기가 정상 상태인 경우에 자화 인덕턴스가 감소될 수 있도록 고주파 변압기의 1차 측의 결선을 변경하는 것을 또 다른 목적으로 한다.More specifically, the present invention changes the wiring on the primary side of the high frequency transformer so that the magnetization inductance can be increased when the electronic device is in a light load mode such as a standby state, and the magnetization inductance is reduced when the electronic device is in a normal state. Another object is to change the wiring on the primary side of the high frequency transformer so that it can be reduced.

본 발명의 일 특징에 따르면, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치가 제공되고, 상기 전원장치는, 교류 전원으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류부; 소정의 권선비를 갖는 1차 코일 및 2차 코일로 구성되고, 상기 1차 코일은 서로 직렬로 결합된 2개의 코일로 구성되고, 전자기 유도 작용에 의해 1차 측의 전력을 상기 소정의 권선비에 따라 2차 측으로 전달하는 고주파 변압기; 스위칭 펄스를 받아들이고, 상기 스위칭 펄스에 따라 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나만 온/오프 스위칭하거나, 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하는 스위칭부; 상기 고주파 변압기의 2차 코일에 연결되어 상기 2차 코일에 유도된 스위칭된 전압을 직류 전압으로서 정류하기 위한 출력 정류부; 및 상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기로부터 부하 상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 판정하고, 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일만 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 부하상태 검출부를 포함한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter, the power supply apparatus comprising: a rectifier for converting an AC voltage from an AC power source into a DC voltage; It is composed of a primary coil and a secondary coil having a predetermined turns ratio, the primary coil is composed of two coils coupled in series with each other, the power of the primary side by the electromagnetic induction action according to the predetermined turns ratio High frequency transformer for transmitting to the secondary side; A switching unit configured to receive a switching pulse and switch on / off only one of the two primary coils of the high frequency transformer according to the switching pulse, or switch on / off both of the primary coils; An output rectifier connected to the secondary coil of the high frequency transformer to rectify the switched voltage induced in the secondary coil as a DC voltage; And a switching pulse for determining whether the load state is a normal state or a standby state from the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer, and when the load state is a normal state, switching on / off both primary coils. A load state detection unit configured to generate and output a switching pulse for switching on / off only one coil of two primary coils when the load state is a standby state and outputs the switching unit do.

바람직하게는, 상기 부하상태 검출부는, 상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 포토커플러와, 상기 포토커플러에 의해 검출된 전류의 크기에 따라 부하상태를 정상 상태 또는 대기 상태로서 판정하고, 정상 상태와 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 PWM 제어기를 포함한다.Preferably, the load state detection unit, the photocoupler for detecting the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer and the load state according to the magnitude of the current detected by the photocoupler in the normal state or standby state And a PWM controller which generates a switching pulse having a switching frequency corresponding to the normal state and the standby state and outputs the switching pulse to the switching unit.

바람직하게는, 상기 부하상태가 정상 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일을 모두 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하고, 상기 부하상태가 대기 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일을 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성한다.Preferably, when it is determined that the load state is normal, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off both primary coils of the high frequency transformer, wherein the load state is in a standby state. If determined to be, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off one of the two primary coils of the high frequency transformer.

바람직하게는, 상기 스위칭부는 2개의 스위칭 트랜지스터(T1, T2)로 구성되고, 제 1 스위칭 트랜지스터(T1)는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 사이의 중간 탭과 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위칭 트랜지스터(T2)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 코일 중에서 하부 코일과 접지 사이에 연결된다.Preferably, the switching unit is composed of two switching transistors T1 and T2, and the first switching transistor T1 is connected between the middle tap between the two primary coils of the high frequency transformer and the ground, and the second The switching transistor T2 is connected between the lower coil and the ground among two coils coupled in series of the high frequency transformer.

바람직하게는, 상기 스위칭부는 2개의 스위칭 트랜지스터(T14, T24)로 구성되고, 제 1 스위칭 트랜지스터(T14)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 1차 코일 중에서 상부 코일의 양단에 병렬로 연결되고, 제 2 스위칭 트랜지스터(T24)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 1차 코일 중에서 하부 코일에 직렬로 연결된다. 상기 구성에 있어서, 상기 부하상태 검출부는, 상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 포토커플러와, 상기 포토커플러에 의해 검출된 전류의 크기에 따라 부하상태를 정상 상태 또는 대기 상태로서 판정하고, 정상 상태와 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 PWM 제어기를 포함한다. 상기 부하상태가 정상 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일을 모두 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하고, 상기 부하상태가 대기 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일을 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성한다.Preferably, the switching unit is composed of two switching transistors T14 and T24, and the first switching transistor T14 is connected in parallel to both ends of the upper coil among two primary coils coupled in series of the high frequency transformer. The second switching transistor T24 is connected in series to the lower coil among the two primary coils coupled in series of the high frequency transformer. In the above configuration, the load state detection unit is a photocoupler for detecting the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high-frequency transformer and the load state in a normal state or standby according to the magnitude of the current detected by the photocoupler And a PWM controller which determines as a state and generates a switching pulse having a switching frequency corresponding to a normal state and a standby state and outputs the switching pulse to the switching unit. When it is determined that the load state is normal, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off both primary coils of the high frequency transformer, and when it is determined that the load state is a standby state. The PWM controller generates a switching pulse for switching on / off one of the two primary coils of the high frequency transformer.

발명의 또 다른 특징에 따르면, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치가 제공되고, 상기 전원장치는, 교류 전원으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류부; 소정의 권선비를 갖는 1차 코일 및 2차 코일로 구성되고, 상기 1차 코일은 서로 병렬로 결합된 2개의 코일로 구성되고, 각각의 상기 1차 코일들에 대응하여 2차 코일들이 각각 구비되도록 구성되어, 전자기 유도 작용에 의해 1차 측의 전력을 상기 소정의 권선비에 따라 2차 측으로 전달하는 고주파 변압기; 스위칭 펄스를 받아들이고, 상기 스위칭 펄스에 따라 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나만 온/오프 스위칭하거나, 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하는 스위칭부; 상기 고주파 변압기의 2차 코일에 연결되어 상기 2차 코일에 유도된 스위칭된 전압을 직류 전압으로서 정류하기 위한 출력 정류부; 및 상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기로부터 부하 상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 판정하고, 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일만 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 부하상태 검출부를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus using an AC-DC converter of a flyback type, the power supply apparatus comprising: a rectifier for converting an AC voltage from an AC power source into a DC voltage; It consists of a primary coil and a secondary coil having a predetermined turns ratio, the primary coil is composed of two coils coupled in parallel to each other, so that the secondary coils are provided respectively corresponding to each of the primary coils A high frequency transformer configured to transfer electric power of the primary side to the secondary side according to the predetermined turns ratio by an electromagnetic induction action; A switching unit configured to receive a switching pulse and switch on / off only one of the two primary coils of the high frequency transformer according to the switching pulse, or switch on / off both of the primary coils; An output rectifier connected to the secondary coil of the high frequency transformer to rectify the switched voltage induced in the secondary coil as a DC voltage; And a switching pulse for determining whether the load state is a normal state or a standby state from the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer, and when the load state is a normal state, switching on / off both primary coils. A load state detection unit configured to generate and output a switching pulse for switching on / off only one coil of two primary coils when the load state is a standby state and outputs the switching unit do.

본 발명에 따르면, 스위칭 동작에 의해 고주파 변압기의 1차 측의 권선수를 가변할 수 있는 변압기 구조, 즉, 대기 상태와 같은 경부하 모드인 경우에 자화 인덕턴스가 증가될 수 있도록 고주파 변압기의 1차 측의 결선을 변경하고, 전자기기가 정상 상태인 경우에 자화 인덕턴스가 감소될 수 있도록 고주파 변압기의 1차 측의 결선을 변경할 수 있다.According to the present invention, the primary structure of the high frequency transformer so that the magnetization inductance can be increased in the case of a light load mode such as a standby state, that is, a transformer structure capable of varying the number of turns on the primary side of the high frequency transformer by a switching operation. The wiring on the side can be changed and the wiring on the primary side of the high frequency transformer can be changed so that the magnetization inductance can be reduced when the electronic device is in a steady state.

따라서, 본 발명에 따른 전원장치가 전자기기에 적용될 경우, 고주파 변압기의 스위칭 손실, 변압기 동손, 그리고 스너버 손실을 감소시킴으로써 궁극적으로, 전원장치의 대기전력을 감소시킬 수 있다.Therefore, when the power supply device according to the present invention is applied to an electronic device, the standby power of the power supply device can be ultimately reduced by reducing switching loss, transformer loss, and snubber loss of the high frequency transformer.

도 1은 종래 기술에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 전원장치가 적용되는 전자기기가 정상 상태일 경우와 대기 상태일 경우에 스위칭부에 제공될 신호의 파형을 각각 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 전원장치에서 고주파 변압기 및 스위칭부에 대한 다른 변형예를 도시한 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 전원장치에서 고주파 변압기 및 스위칭부에 대한 또 다른 변형예를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram schematically showing a power supply using a flyback type AC-DC converter according to the prior art.
2 is a circuit diagram schematically showing a power supply using a flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrating waveforms of signals to be provided to the switching unit when the electronic device to which the power supply apparatus according to the embodiment of the present invention is applied is in a normal state and in a standby state, respectively. .
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating another modified example of the high frequency transformer and the switching unit in the power supply device shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another modified example of the high frequency transformer and the switching unit in the power supply device shown in FIG. 2.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 당업계에 공지 및 주지된 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 기술 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 기초로 판단되어야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the technical terms described below are defined in consideration of functions and the like in the present invention, and these may be changed according to the intention or custom of the person skilled in the art. Therefore, the definitions of the terms should be judged based on the contents described throughout the specification.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에 대해 설명한다.First, a power supply apparatus using a flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다. 도 2의 1차측 다이오드는 브릿지 다이오드 구조를 간략하게 표시한 것이다.2 is a circuit diagram schematically showing a power supply using a flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention. The primary diode of Figure 2 is a simplified representation of the bridge diode structure.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치는 교류 전원(21), 필터부(22), 정류부(23), 스너버 회로(24), 고주파 변압기(25), 부하상태 검출부(26), 출력 정류부(27) 및 스위칭부(28)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the power supply apparatus using the flyback type AC-DC converter according to an exemplary embodiment of the present invention includes an AC power source 21, a filter unit 22, a rectifying unit 23, and a snubber circuit 24. ), A high frequency transformer 25, a load state detector 26, an output rectifier 27, and a switching unit 28.

더욱 구체적으로, 도 2를 참조하면, 교류 전원(21)은 일반적으로 상용 교류 전원 등으로 구현될 수 있고, 220V 교류 전압을 출력할 수 있다. 필터부(22)는 교류 전원(21)의 양단에 연결되고, 그 다음으로, 정류부(23)가 필터부(22)의 후단에 연결된다.More specifically, referring to FIG. 2, the AC power source 21 may be generally implemented as a commercial AC power source, and may output a 220V AC voltage. The filter portion 22 is connected to both ends of the AC power supply 21, and then the rectifying portion 23 is connected to the rear end of the filter portion 22.

이미 설명된 바와 같이, 필터부(22)는 교류 전원(21)으로부터 출력되는 전원 신호에 포함된 전자파 간섭(EMI) 잡음 성분을 제거한다. 정류부(23)는 상기 필터부(22)를 통해 필터링된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(23)는 역바이어스 방지용 다이오드 및 커패시터로 구성될 수 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이것으로 한정되지 않고 당업계에 알려진 다양한 정류 회로에도 적용될 수 있다.As described above, the filter unit 22 removes an electromagnetic interference (EMI) noise component included in the power signal output from the AC power source 21. The rectifier 23 converts the AC voltage filtered through the filter unit 22 into a DC voltage. The rectifier 23 may be composed of a reverse bias diode and a capacitor, but the technical scope of the present invention is not limited thereto and may be applied to various rectifier circuits known in the art.

상기 정류부(23) 및 상기 고주파 변압기(25) 사이에는 스너버 회로(24)가 연결되어 있고, 이 스너버 회로(24)는 고주파 변압기(25)의 1차 측에서 발생하는 누설 에너지를 방전시킨다. 더욱 구체적으로, 스너버 회로(24)는 RCDZ 스너버 회로로서 구현될 수 있다. 즉, 고주파 변압기(25)의 1차 코일 중 첫 번째 코일의 양단에는 서로 직렬 연결된 제너 다이오드(Z), 저항(R), 다이오드(D)가 상기 첫 번째 코일에 대해 병렬로 연결되고, 서로 직렬 연결된 제너 다이오드(Z) 및 저항(R)의 양단에는 커패시터(C)가 병렬로 연결되어, RCDZ 스너버 회로가 완성된다.A snubber circuit 24 is connected between the rectifier 23 and the high frequency transformer 25, and the snubber circuit 24 discharges leakage energy generated at the primary side of the high frequency transformer 25. . More specifically, snubber circuit 24 may be implemented as an RCDZ snubber circuit. That is, a zener diode (Z), a resistor (R), and a diode (D) connected in series to each other of the first coil of the primary coil of the high frequency transformer 25 are connected in parallel to the first coil, and are in series with each other. A capacitor C is connected in parallel between the connected Zener diode Z and the resistor R to complete the RCDZ snubber circuit.

고주파 변압기(25)는 소정의 권선비를 갖는 1차 코일 및 2차 코일로 구성되고, 본 발명에서 고주파 변압기(25)의 1차 코일은 2개의 코일(본 명세서의 전반에 걸쳐, 2개의 코일을 도면 위에서부터 상부 코일, 하부 코일이라고도 하고, 첫 번째 코일, 두 번째 코일이라고도 지칭한다)이 서로 직렬로 결합된 구조, 즉, 결합 인덕터(coupled inductor)로 구성된다. 고주파 변압기(25)는 전자기 유도 작용에 의해 1차 측의 전력을 소정의 권선비에 따라 2차 측으로 전달한다.The high frequency transformer 25 is composed of a primary coil and a secondary coil having a predetermined turns ratio, and in the present invention, the primary coil of the high frequency transformer 25 includes two coils (two coils throughout the present specification). The upper coil, the lower coil, also referred to as the first coil, the second coil) from the top of the figure is composed of a structure coupled to each other in series, that is, a coupled inductor (coupled inductor). The high frequency transformer 25 transmits the power of the primary side to the secondary side according to a predetermined turns ratio by an electromagnetic induction action.

본 발명에서는 고주파 변압기(25)의 1차 코일이 2개의 코일로 분할되어 있고, 스위칭부(28)는 고주파 변압기(25)의 2차 측의 부하상태에 따라 1차 코일의 2개의 코일 중에서 하나만 스위칭하거나 둘 모두를 스위칭한다. 이러한 스위칭부(28)의 동작에 대해서는 추후에 더욱 구체적으로 설명될 것이다.In the present invention, the primary coil of the high frequency transformer 25 is divided into two coils, and the switching unit 28 has only one of two coils of the primary coil according to the load state of the secondary side of the high frequency transformer 25. Switch or both. The operation of this switching unit 28 will be described in more detail later.

고주파 변압기(25)의 2차 코일에는 출력 정류부(27)가 연결되고, 출력 정류부(27)는 2차 코일의 양단에 직렬로 연결된 다이오드 및 커패시터로 구성된다. 출력 정류부(27)는 다이오드 및 커패시터에 의해 고주파 변압기(25)의 2차 코일에 유도된 스위칭된 전압을 정류하여, 커패시터 양단의 전압을 출력 전압으로서 제공한다.The output rectifier 27 is connected to the secondary coil of the high frequency transformer 25, and the output rectifier 27 includes a diode and a capacitor connected in series to both ends of the secondary coil. The output rectifier 27 rectifies the switched voltage induced by the diode and the capacitor into the secondary coil of the high frequency transformer 25 to provide the voltage across the capacitor as the output voltage.

부하상태 검출부(26)는 고주파 변압기(25)의 2차 측에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 포토커플러(photo coupler)(261)와, 상기 포토커플러(261)에 의해 검출된 전류의 세기에 따라 소정의 파형을 갖는 스위칭 펄스를 생성하여 이를 출력하기 위한 PWM 제어기(262)를 포함한다.The load state detection unit 26 includes a photo coupler 261 for detecting the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer 25 and the intensity of the current detected by the photo coupler 261. According to the present invention, a PWM controller 262 for generating a switching pulse having a predetermined waveform and outputting the same.

더욱 구체적으로, 포토커플러(261)는 발광부 및 수광부로 구성되고 발광부는 고주파 변압기(25)의 2차 측에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 발광하고, 수광부는 광의 세기에 비례하는 전류를 출력한다. 따라서, PWM 제어기(262)는 포토커플러(261)의 수광부에서 출력되는 전류의 크기에 따라 부하상태를 정상 상태 또는 대기 상태로서 판정하고, 정상 상태와 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스(①, ②)를 생성하여 이를 스위칭부(28)에 출력한다. 여기서, 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수는 정상 상태에 대응하는 스위칭 주파수보다 더 작다.More specifically, the photocoupler 261 includes a light emitting part and a light receiving part, and the light emitting part emits light in proportion to the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer 25, and the light receiving part outputs a current proportional to the intensity of the light. . Accordingly, the PWM controller 262 determines the load state as the normal state or the standby state according to the magnitude of the current output from the light receiving unit of the photocoupler 261, and has a switching pulse having a switching frequency corresponding to the normal state and the standby state. ① and ② are generated and output to the switching unit 28. Here, the switching frequency corresponding to the standby state is smaller than the switching frequency corresponding to the steady state.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치의 스위칭부(28)는 2개의 스위칭 트랜지스터(T1, T2)로 구성된다. 스위칭 트랜지스터(T1)는 고주파 변압기(25)의 2개의 1차 코일 사이의 중간 탭과 접지 사이에 연결되고, 스위칭 트랜지스터(T2)는 고주파 변압기(25)의 2개의 1차 코일 중 두 번째 코일과 접지 사이에 연결된다.Referring to FIG. 2, the switching unit 28 of the power supply apparatus using the flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes two switching transistors T1 and T2. The switching transistor T1 is connected between the middle tap between the two primary coils of the high frequency transformer 25 and the ground, and the switching transistor T2 is connected to the second coil of the two primary coils of the high frequency transformer 25. Connected between grounds.

즉, PWM 제어기(262)는 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일에 모두 전류가 흐르도록 스위칭 펄스(①, ②)를 생성하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 1차 코일, 예를 들어, 첫 번째 1차 코일(도 2의 상부 코일)에만 전류가 흐르도록 스위칭 펄스(①, ②)를 생성한다. 이와 관련하여, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 전원장치가 적용되는 전자기기가 정상 상태일 경우와 대기 상태일 경우에 스위칭부에 제공될 신호의 파형을 각각 도시한 것이다.That is, the PWM controller 262 generates switching pulses ① and ② so that current flows to both primary coils when the load state is normal, and when the load state is standby, the two primary pulses are generated. The switching pulses ① and ② are generated such that current flows only in one primary coil, for example, the first primary coil (the upper coil of FIG. 2). In this regard, FIGS. 3A and 3B illustrate waveforms of signals to be provided to the switching unit when the electronic device to which the power supply apparatus according to the embodiment of the present invention is applied is in a normal state and in a standby state, respectively. It is shown.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에서는, 스위칭부(28)의 스위칭 트랜지스터의 내부 저항의 전력 소비에 의한 손실과 스위칭부의 온/오프(on/off) 스위칭 손실을 저감하기 위하여, 부하상태 검출부(26)에 의해 상기 전원장치의 부하상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 검출하고, 스위칭부에 인가된 스위칭 펄스의 스위칭 주파수를 그 검출된 상태에 맞게 조절(예를 들어, 대기 상태일 경우에 정상 상태보다 스위칭 주파수를 감소)함으로써 전원장치의 부하가 대기 상태일 때 소비되는 전력, 즉, 대기 전력을 감소시킬 수 있다.As a result, in the power supply apparatus using the flyback type AC-DC converter according to the embodiment of the present invention, the loss due to the power consumption of the internal resistance of the switching transistor of the switching unit 28 and the switching unit on / off (on / off) In order to reduce the switching loss, the load state detection unit 26 detects whether the load state of the power supply device is in a normal state or a standby state, and adjusts the switching frequency of the switching pulse applied to the switching unit according to the detected state. By adjusting (e.g., reducing the switching frequency than the normal state in the standby state), the power consumed when the load of the power supply is in the standby state, that is, the standby power can be reduced.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치에서, 최대 정격 전력(P)은 다음의 수학식 1에 의해 정해진다.On the other hand, in the power supply using the flyback type AC-DC converter according to an embodiment of the present invention, the maximum rated power (P) is determined by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

P = 0.5ㆍLㆍI2ㆍFㆍDP = 0.5 L 1 I 2 F

(여기서, P = 최대 정격 전력, L = L1+L2, I = I1+I2, F = 스위칭 주파수, D = 온/오프 듀티비)(Where P = maximum rated power, L = L1 + L2, I = I1 + I2, F = switching frequency, D = on / off duty ratio)

수학식 1에 의해 최대 정격 전력(P)이 결정되면, 고주파 변압기(25)의 자화 인덕턴스 L은 고정되고, 자화 전류 I도 입력 전압과 자화 인덕턴스의 값에 따라 결정된다. 스위칭 주파수는 최대 가청주파수인 20 kHz 이상으로 설정되어야 한다.When the maximum rated power P is determined by Equation 1, the magnetizing inductance L of the high frequency transformer 25 is fixed, and the magnetizing current I is also determined according to the values of the input voltage and the magnetizing inductance. The switching frequency shall be set above 20 kHz, the maximum audible frequency.

수학식 1을 참조하면, 다른 항목들은 고정된 상수인 반면, 온/오프 듀티비 D는 제어가능한 변수이다. 즉, 상기 전원장치의 부하에 의해 소비되는 전력, 즉, 부하상태에 비례하여 D가 가변되도록 제어함으로써, 출력전압의 제어 안정도를 유지하면서 대기 상태에서 스위칭 손실을 최소화할 수 있다.Referring to Equation 1, the other items are fixed constants, while the on / off duty ratio D is a controllable variable. That is, by controlling the power consumed by the load of the power supply, that is, D in proportion to the load state, the switching loss can be minimized in the standby state while maintaining the control stability of the output voltage.

앞에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치는 그 부하의 상태에 따라 정상 상태 및 대기 상태에서 동작될 수 있다고 정의되었다. 셋톱 박스 등을 예로 들면, TV의 모든 전원이 동작하고 있는 상태를 정상 상태라고 정의할 수 있고, TV의 주전원은 동작하지 않지만 리모트컨트롤을 통해 온/오프 제어가 가능한 상태를 대기 상태라고 정의할 수 있다.As described above, it is defined that the power supply apparatus using the flyback type AC-DC converter according to the embodiment of the present invention can be operated in the normal state and the standby state according to the load state. For example, a set-top box can be defined as a normal state in which all power sources of the TV are operating. A standby state can be defined as a state in which the main power supply of the TV is not operated but the on / off control is possible through the remote control. have.

상기 부하상태 검출부(26)의 포토커플러(261)는 상기 전원장치의 고주파 변압기(25)의 2차 측에 흐르는 전류를 검출하고, PWM 제어기(262)는 이 검출된 전류의 세기에 따라 정상 상태 또는 대기 상태를 판정한다. 또한, PWM 제어기(262)는 정상 상태 또는 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스(①, ②)를 생성하여 이를 스위칭부(28)의 대응하는 스위칭 트랜지스터(T1, T2)에 각각 인가한다.The photocoupler 261 of the load state detection unit 26 detects a current flowing in the secondary side of the high frequency transformer 25 of the power supply device, and the PWM controller 262 is in a steady state according to the intensity of the detected current. Or determines the standby state. In addition, the PWM controller 262 generates switching pulses ① and ② having a switching frequency corresponding to a normal state or a standby state and applies them to the corresponding switching transistors T1 and T2 of the switching unit 28, respectively. .

예를 들어, 검출된 전류의 세기로부터 부하 상태가 정상 상태인 것으로 판정될 경우, PWM 제어기(262)는 스위칭 트랜지스터(T1)에 인가하기 위한 스위칭 펄스(①)를 도 3의 (a)와 같이 반복되는 온/오프 레벨을 갖는 펄스로서 생성하고, 스위칭 트랜지스터(T2)에 인가하기 위한 스위칭 펄스(②)를 오프(OFF) 레벨을 갖는 신호로서 생성한다. 이때, 스위칭 펄스(①)의 온/오프 듀티비 즉, D는 상기 전원장치의 부하에 의해 소비되는 전력에 비례하여 결정될 수 있다.For example, when it is determined that the load state is a normal state from the detected current intensity, the PWM controller 262 applies a switching pulse ① for applying the switching transistor T1 as shown in FIG. It is generated as a pulse having a repeated on / off level, and a switching pulse ② for applying to the switching transistor T2 is generated as a signal having an off level. At this time, the on / off duty ratio of the switching pulse (1), that is, D may be determined in proportion to the power consumed by the load of the power supply.

이러한 스위칭 펄스들(①, ②)에 의해 스위칭부(28)의 스위칭 트랜지스터(T1)는 스위칭 펄스(①)에 의해 반복적으로 온/오프되는 반면, 스위칭 트랜지스터(T2)는 계속 오프 상태를 유지한다.The switching transistors T1 of the switching unit 28 are repeatedly turned on / off by the switching pulses ① by the switching pulses ① and ②, while the switching transistor T2 remains off. .

따라서, 고주파 변압기(25)의 1차 코일 중에서 첫 번째 코일에만 전류가 흐르며, 이것은 고주파 변압기(25)의 권선수가 L1으로 감소됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 아니라 L1으로 결정됨을 의미한다. 즉, 큰 자화 전류 I1이 흐르는 결과로 되며, 이것은 종래 기술에 따른 플라이백 방식을 이용한 컨버터와 동일한 결과이다.Therefore, the current flows only in the first coil of the primary coil of the high frequency transformer 25, which means that the number of turns of the high frequency transformer 25 is reduced to L1, and that the value of the magnetizing inductance L is determined to be L1 rather than L1 + L2. it means. That is, a large magnetizing current I1 flows, which is the same result as a converter using a flyback method according to the prior art.

만약, 포토커플러(261)에 의해 검출된 전류의 세기로부터 부하 상태가 대기 상태인 것으로 판정될 경우, PWM 제어기(262)는 스위칭 트랜지스터(T1)에 인가하기 위한 스위칭 펄스(①)를 도 3의 (b)와 같이 오프 레벨을 갖는 신호로서 생성하고, 스위칭 트랜지스터(T2)에 인가하기 위한 스위칭 펄스(②)를 도 3의 (b)와 같이 반복되는 온/오프 레벨을 갖는 펄스로서 생성한다. 여기서도 마찬가지로, 스위칭 펄스(②)의 온/오프 듀티비 즉, D는 상기 전원장치의 부하에 의해 소비되는 전력에 비례하여 결정될 수 있다.If it is determined that the load state is in the standby state from the intensity of the current detected by the photocoupler 261, the PWM controller 262 applies a switching pulse ① for applying the switching transistor T1 to FIG. 3. It generates as a signal having an off level as shown in (b), and generates a switching pulse (2) for applying to the switching transistor T2 as a pulse having a repeated on / off level as shown in FIG. Here, too, the on / off duty ratio of the switching pulse ②, i.e., D may be determined in proportion to the power consumed by the load of the power supply.

이러한 스위칭 펄스들(①, ②)에 의해 스위칭부(28)의 스위칭 트랜지스터(T1)는 스위칭 펄스(①)에 의해 계속 오프 상태를 유지하고, 스위칭 트랜지스터(T2)는 스위칭 펄스(②)에 의해 반복적으로 온/오프된다.By the switching pulses ① and ②, the switching transistor T1 of the switching unit 28 is kept off by the switching pulse ①, and the switching transistor T2 is switched by the switching pulse ②. It is repeatedly turned on and off.

따라서, 고주파 변압기(25)의 1차 코일 중에서 두 코일 모두에 전류가 흐르며, 이것은 고주파 변압기(25)의 권선수가 L1+L2로 됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 된다. 따라서, 고주파 변압기(25)의 자화 인덕턴스 값이 증가하여 작은 자화 전류(I1+I2)가 흐르게 된다.Thus, current flows in both coils of the primary coil of the high frequency transformer 25, which means that the number of turns of the high frequency transformer 25 is L1 + L2, and the value of the magnetizing inductance L becomes L1 + L2. Therefore, the magnetization inductance value of the high frequency transformer 25 is increased so that a small magnetization current I1 + I2 flows.

결국, 위에 설명된 바와 같이, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는, 본 발명의 실시예에 따른 전원장치는 고주파 변압기(25)의 1차 측의 2개의 코일 중에서 하나에만 자화 전류가 흐르도록 구성됨으로써, 대기 상태 또는 경부하 시에 스위칭 손실, 변압기 동손, 및 스너버 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대기 상태에서는 고주파 변압기(25)의 1차 측에 소량의 전류가 흐르도록 함으로써 전원장치의 소비전력도 감소시킬 수 있다.As a result, as described above, when the load state is the standby state, the power supply apparatus according to the embodiment of the present invention is configured such that the magnetizing current flows only in one of two coils on the primary side of the high frequency transformer 25. Not only can reduce switching loss, transformer loss, and snubber loss during standby or light load, but also in the standby state a small amount of current flows to the primary side of the high frequency transformer Power can also be reduced.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치의 다른 실시예들을 설명할 것이다.Meanwhile, with reference to FIGS. 4 and 5, other embodiments of a power supply apparatus using an AC-DC converter of a flyback type according to an embodiment of the present invention will be described.

도 4는 도 2에 도시된 전원장치에서 고주파 변압기 및 스위칭부에 대한 다른 변형예를 도시한 회로도이다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating another modified example of the high frequency transformer and the switching unit in the power supply device shown in FIG. 2.

도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭부(284)를 제외한 다른 구성요소들은 도 2에 도시된 전원장치와 동일하게 구비될 수 있으므로, 다른 구성요소에 대한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 4, other components except for the switching unit 284 may be provided in the same manner as the power supply apparatus shown in FIG. 2, and thus descriptions of other components will be omitted.

도 4의 스위칭부(284)는 2개의 스위칭 트랜지스터(T14, T24)로 구성된다. 스위칭 트랜지스터(T14)는 고주파 변압기(25)의 2개의 1차 코일 중에서 첫 번째 코일(상부 코일)의 양단에 병렬로 연결되고, 스위칭 트랜지스터(T24)는 고주파 변압기(25)의 2개의 1차 코일 중에서 두 번째 코일(하부 코일)에 직렬로 연결된다.The switching unit 284 of FIG. 4 is composed of two switching transistors T14 and T24. The switching transistor T14 is connected in parallel to both ends of the first coil (upper coil) of the two primary coils of the high frequency transformer 25, and the switching transistor T24 is the two primary coils of the high frequency transformer 25. Is connected in series to the second coil (lower coil).

따라서, PWM 제어기(도 4에는 도시되어 있지 않지만, 도 2의 PWM 제어기(262)와 동일함)는 부하 상태가 대기 상태일 경우에는, 하나의 1차 코일에 전류를 흐르게 하기 위하여 스위칭 트랜지스터(T14)에 인가하기 위한 스위칭 펄스를 온(ON) 레벨을 갖는 신호로서 생성하고, 스위칭 트랜지스터(T24)에 인가하기 위한 스위칭 펄스를 반복되는 온/오프 레벨을 갖는 펄스로서 생성한다.Accordingly, the PWM controller (not shown in FIG. 4 but identical to the PWM controller 262 in FIG. 2) has a switching transistor T14 to allow current to flow in one primary coil when the load state is in the standby state. Is generated as a signal having an ON level, and a switching pulse to be applied to the switching transistor T24 is generated as a pulse having a repeated on / off level.

이러한 스위칭 펄스들에 의해 스위칭부(284)의 스위칭 트랜지스터(T14)는 항상 온되어 전류 흐름이 2개의 1차 코일 중에서 상부 코일을 우회하도록 하고, 스위칭 트랜지스터(T24)는 반복적으로 온/오프된다.By these switching pulses, the switching transistor T14 of the switching unit 284 is always turned on so that the current flow bypasses the upper coil among the two primary coils, and the switching transistor T24 is repeatedly turned on / off.

따라서, 고주파 변압기(25)의 1차 코일 중에서 두 번째 코일에만 전류가 흐르며, 이것은 고주파 변압기(25)의 권선수가 L2로 감소됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 아니라 L2로 결정됨을 의미한다. 즉, 큰 자화 전류 I2가 흐르는 결과로 되며, 이것은 종래 기술에 따른 플라이백 방식을 이용한 컨버터와 동일한 결과이다.Therefore, current flows only in the second coil of the primary coil of the high frequency transformer 25, which means that the number of turns of the high frequency transformer 25 is reduced to L2, and that the value of the magnetizing inductance L is determined to be L2, not L1 + L2. it means. That is, the result is that a large magnetizing current I2 flows, which is the same result as the converter using the flyback method according to the prior art.

한편, 부하 상태가 정상 상태일 경우에는, PWM 제어기(262)는 2개의 1차 코일 모두에 전류를 흐르게 하기 위하여, 스위칭 트랜지스터(T14)에 인가하기 위한 스위칭 펄스를 오프(OFF) 레벨을 갖는 신호로서 생성하고, 스위칭 트랜지스터(T24)에 인가하기 위한 스위칭 펄스를 반복되는 온/오프 레벨을 갖는 펄스로서 생성한다.On the other hand, when the load state is a normal state, the PWM controller 262 has a signal having an OFF level of the switching pulse for applying to the switching transistor T14 in order to flow current to both primary coils. And a switching pulse for applying to the switching transistor T24 as a pulse having a repeated on / off level.

이러한 스위칭 펄스들에 의해 스위칭부(284)의 스위칭 트랜지스터(T14)는 항상 오프되고, 스위칭 트랜지스터(T24)는 반복적으로 온/오프된다.By these switching pulses, the switching transistor T14 of the switching unit 284 is always turned off, and the switching transistor T24 is repeatedly turned on / off.

따라서, 고주파 변압기(25)의 1차 코일 중에서 2개의 코일 모두에 전류가 흐르며, 이것은 고주파 변압기(25)의 권선수가 L1+L2로 됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 된다. 따라서, 고주파 변압기(25)의 자화 인덕턴스 값이 증가하여 작은 자화 전류(I1+I2)가 흐르게 된다.Thus, current flows in both coils of the primary coil of the high frequency transformer 25, which means that the number of turns of the high frequency transformer 25 is L1 + L2, and the value of the magnetizing inductance L becomes L1 + L2. Therefore, the magnetization inductance value of the high frequency transformer 25 is increased so that a small magnetization current I1 + I2 flows.

결국, 위에 설명된 바와 같이, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원장치는 고주파 변압기(25)의 1차 측의 2개의 코일 중에서 하나에만 자화 전류가 흐르도록 구성됨으로써, 대기 상태 또는 경부하 시에 스위칭 손실, 변압기 동손, 및 스너버 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대기 상태에서는 고주파 변압기(25)의 1차 측에 소량의 전류가 흐르도록 함으로써 전원장치의 소비전력도 감소시킬 수 있다.As a result, as described above, when the load state is a standby state, the power supply apparatus according to another embodiment of the present invention is configured such that the magnetization current flows only in one of two coils on the primary side of the high frequency transformer 25. This not only reduces switching loss, transformer loss, and snubber loss in the standby state or light load, but also allows a small amount of current to flow in the primary side of the high frequency transformer 25 in the standby state. Power consumption can also be reduced.

한편, 도 5는 도 2에 도시된 전원장치에서 고주파 변압기 및 스위칭부에 대한 또 다른 변형예를 도시한 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating another modified example of the high frequency transformer and the switching unit in the power supply device shown in FIG. 2.

도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭부(285) 및 고주파 변압기(255)를 제외한 다른 구성요소들은 도 2에 도시된 전원장치와 동일하게 구비될 수 있으므로, 다른 구성요소에 대한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 5, other components except for the switching unit 285 and the high frequency transformer 255 may be provided in the same manner as the power supply device shown in FIG. 2, and thus, descriptions of other components will be omitted.

도 5의 고주파 변압기(255)는 2개의 1차 코일들이 서로 직렬로 연결된 것이 아니라 2개의 1차 코일들이 서로 병렬로 결합되고, 각각의 1차 코일들에 대응하여 2차 코일들이 각각 구비되도록 구성되어 있다.The high frequency transformer 255 of FIG. 5 is configured such that the two primary coils are not connected in series with each other, but the two primary coils are coupled in parallel with each other, and the secondary coils are provided in correspondence with the respective primary coils. It is.

도 5의 스위칭부(285)는 서로 병렬로 연결된 2개의 1차 코일에 각각 직렬로 연결된 2개의 스위칭 트랜지스터(T15, T25)로 구성된다. 스위칭 트랜지스터(T15)는 고주파 변압기(255)의 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일에 직렬로 연결되고, 스위칭 트랜지스터(T25)는 이와 유사하게 고주파 변압기(255)의 2개의 1차 코일 중에서 다른 하나의 코일에 직렬로 연결된다.The switching unit 285 of FIG. 5 includes two switching transistors T15 and T25 connected in series to two primary coils connected in parallel with each other. The switching transistor T15 is connected in series to one of the two primary coils of the high frequency transformer 255, and the switching transistor T25 is similarly the other of the two primary coils of the high frequency transformer 255. Is connected in series to the coil.

따라서, PWM 제어기(도 5에는 도시되어 있지 않지만, 도 2의 PWM 제어기(262)와 동일함)는 부하 상태가 대기 상태일 경우에는, 하나의 1차 코일에 전류를 흐르게 하기 위하여, 2개의 스위칭 트랜지스터(T15, T25) 중 하나의 스위칭 트랜지스터를 오프하기 위한 스위칭 펄스를 생성하고, 다른 하나의 스위칭 트랜지스터를 온/오프하기 위한 스위칭 펄스를 생성한다.Thus, a PWM controller (not shown in FIG. 5, but identical to the PWM controller 262 in FIG. 2) has two switches to allow current to flow in one primary coil when the load state is at standby. A switching pulse for turning off one switching transistor of the transistors T15 and T25 is generated, and a switching pulse for turning on / off the other switching transistor is generated.

이러한 스위칭 펄스들에 의해 스위칭부(285)의 스위칭 트랜지스터(T15, T25) 중 하나는 항상 오프되어 전류 흐름이 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일에만 흐른다.These switching pulses always turn off one of the switching transistors T15 and T25 of the switching unit 285 so that current flows only in one of the two primary coils.

이것은 고주파 변압기(25)의 권선수가 L1 또는 L2로 감소됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 아니라 L1 또는 L2로 결정됨을 의미한다. 즉, 큰 자화 전류 I1 또는 I2가 흐르는 결과로 되며, 이것은 종래 기술에 따른 플라이백 방식을 이용한 컨버터와 동일한 결과이다.This means that the number of turns of the high frequency transformer 25 is reduced to L1 or L2, and that the value of the magnetizing inductance L is determined to be L1 or L2 rather than L1 + L2. That is, a large magnetization current I1 or I2 flows, which is the same result as a converter using a flyback method according to the prior art.

한편, 부하 상태가 정상 상태일 경우에는, PWM 제어기(262)는 2개의 1차 코일 모두에 전류를 흐르게 하기 위하여, 2개의 스위칭 트랜지스터(T15, T25)에 인가하기 위한 스위칭 펄스를 반복되는 온/오프 레벨을 갖는 펄스로서 생성한다.On the other hand, when the load state is a normal state, the PWM controller 262 repeats the switching pulses for applying the two switching transistors T15 and T25 to turn on / off current to both primary coils. Generated as a pulse with an off level.

이러한 스위칭 펄스들에 의해 스위칭부(285)의 2개의 스위칭 트랜지스터(T14, T24)는 반복적으로 온/오프된다.The two switching transistors T14 and T24 of the switching unit 285 are repeatedly turned on / off by these switching pulses.

따라서, 고주파 변압기(255)의 1차 코일 중에서 2개의 코일 모두에 전류가 흐르며, 이것은 고주파 변압기(255)의 권선수가 L1+L2로 됨을 의미하고 자화 인덕턴스 L의 값이 L1+L2가 된다. 따라서, 고주파 변압기(255)의 자화 인덕턴스 값이 증가하여 작은 자화 전류(I1+I2)가 흐르게 된다.Thus, current flows in both coils of the primary coil of the high frequency transformer 255, which means that the number of turns of the high frequency transformer 255 is L1 + L2, and the value of the magnetizing inductance L becomes L1 + L2. Accordingly, the magnetization inductance value of the high frequency transformer 255 increases, so that a small magnetization current I1 + I2 flows.

결국, 위에 설명된 바와 같이, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원장치는 고주파 변압기(255)의 1차 측의 2개의 코일 중에서 하나에만 자화 전류가 흐르도록 구성됨으로써, 대기 상태 또는 경부하 시에 스위칭 손실, 변압기 동손, 및 스너버 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대기 상태에서는 고주파 변압기(255)의 1차 측에 소량의 전류가 흐르도록 함으로써 전원장치의 소비전력도 감소시킬 수 있다.As a result, as described above, when the load state is a standby state, the power supply apparatus according to another embodiment of the present invention is configured such that the magnetizing current flows only in one of two coils on the primary side of the high frequency transformer 255. This not only reduces switching loss, transformer frost loss, and snubber loss in the standby state or light load, but also allows a small amount of current to flow in the primary side of the high frequency transformer 255 in the standby state. Power consumption can also be reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자, 즉 당업자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art, that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

21 : 교류 전원 22 : 필터부
23 : 정류부 24 : 스너버 회로
25 : 고주파 변압기 26 : 부하상태 검출부
261 : 포토커플러 262 : PWM 제어기
27 : 출력 정류부 28 : 스위칭부
T1, T2 : 스위칭 트랜지스터21: AC power supply 22: filter unit
23: rectifier 24: snubber circuit
25: high frequency transformer 26: load state detection unit
261: photocoupler 262: PWM controller
27: output rectifier 28: switching unit
T1, T2: switching transistor

Claims (8)

교류 전원으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류부;
소정의 권선비를 갖는 1차 코일 및 2차 코일로 구성되고, 상기 1차 코일은 서로 직렬로 결합된 2개의 코일로 구성되고, 전자기 유도 작용에 의해 1차 측의 전력을 상기 소정의 권선비에 따라 2차 측으로 전달하는 고주파 변압기;
스위칭 펄스를 받아들이고, 상기 스위칭 펄스에 따라 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나만 온/오프 스위칭하거나, 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하는 스위칭부;
상기 고주파 변압기의 2차 코일에 연결되어 상기 2차 코일에 유도된 스위칭된 전압을 직류 전압으로서 정류하기 위한 출력 정류부; 및
상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기로부터 부하 상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 판정하고, 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일만 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 부하상태 검출부를 포함하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.A rectifier for converting an AC voltage from an AC power source into a DC voltage;
It is composed of a primary coil and a secondary coil having a predetermined turns ratio, the primary coil is composed of two coils coupled in series with each other, the power of the primary side by the electromagnetic induction action according to the predetermined turns ratio High frequency transformer for transmitting to the secondary side;
A switching unit configured to receive a switching pulse and switch on / off only one of the two primary coils of the high frequency transformer according to the switching pulse, or switch on / off both of the primary coils;
An output rectifier connected to the secondary coil of the high frequency transformer to rectify the switched voltage induced in the secondary coil as a DC voltage; And
From the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer, it is determined whether the load state is normal or standby. When the load state is normal, a switching pulse for switching on / off both primary coils is provided. And a load state detector configured to generate a switching pulse for switching ON / OFF of only one coil of two primary coils when the load state is a standby state, and output the switching pulse to the switching unit. , Power supply using flyback type AC-DC converter. 청구항 1에 있어서,
상기 부하상태 검출부는,
상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 포토커플러와,
상기 포토커플러에 의해 검출된 전류의 크기에 따라 부하상태를 정상 상태 또는 대기 상태로서 판정하고, 정상 상태와 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 PWM 제어기를 포함하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method according to claim 1,
The load state detection unit,
A photocoupler for detecting the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer;
Determining a load state as a normal state or a standby state according to the magnitude of the current detected by the photocoupler, generating a switching pulse having a switching frequency corresponding to the normal state and the standby state, and outputting the PWM controller to the switching unit. A power supply using a flyback type AC-DC converter, including. 청구항 2에 있어서,
상기 부하상태가 정상 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일을 모두 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하고,
상기 부하상태가 대기 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일을 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method according to claim 2,
When it is determined that the load state is normal, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off both primary coils of the high frequency transformer,
If it is determined that the load state is a standby state, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off one of the two primary coils of the high frequency transformer, a flyback type AC-DC converter Power supply using. 청구항 1에 있어서,
상기 스위칭부는 2개의 스위칭 트랜지스터(T1, T2)로 구성되고, 제 1 스위칭 트랜지스터(T1)는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 사이의 중간 탭과 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위칭 트랜지스터(T2)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 코일 중에서 하부 코일과 접지 사이에 연결되는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method according to claim 1,
The switching unit is composed of two switching transistors T1 and T2, the first switching transistor T1 is connected between an intermediate tap between the two primary coils of the high frequency transformer and ground, and the second switching transistor T2. ) Is a power supply using a flyback type AC-DC converter connected between the lower coil and the ground among two coils coupled in series of the high frequency transformer. 청구항 1에 있어서,
상기 스위칭부는 2개의 스위칭 트랜지스터(T14, T24)로 구성되고, 제 1 스위칭 트랜지스터(T14)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 1차 코일 중에서 상부 코일의 양단에 병렬로 연결되고, 제 2 스위칭 트랜지스터(T24)는 상기 고주파 변압기의 직렬로 결합된 2개의 1차 코일 중에서 하부 코일에 직렬로 연결되는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method according to claim 1,
The switching unit is composed of two switching transistors T14 and T24, and the first switching transistor T14 is connected in parallel to both ends of the upper coil among two primary coils coupled in series of the high frequency transformer, and the second Switching transistor (T24) is a power supply using a flyback type AC-DC converter connected in series to the lower coil of the two primary coils coupled in series of the high frequency transformer. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 부하상태 검출부는,
상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 포토커플러와,
상기 포토커플러에 의해 검출된 전류의 크기에 따라 부하상태를 정상 상태 또는 대기 상태로서 판정하고, 정상 상태와 대기 상태에 대응하는 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 PWM 제어기를 포함하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method according to claim 4 or 5,
The load state detection unit,
A photocoupler for detecting the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer;
Determining a load state as a normal state or a standby state according to the magnitude of the current detected by the photocoupler, generating a switching pulse having a switching frequency corresponding to the normal state and the standby state, and outputting the PWM controller to the switching unit. A power supply using a flyback type AC-DC converter, including. 청구항 6에 있어서,
상기 부하상태가 정상 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일을 모두 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하고,
상기 부하상태가 대기 상태인 것으로 판정될 경우, 상기 PWM 제어기는 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일을 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.The method of claim 6,
When it is determined that the load state is normal, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off both primary coils of the high frequency transformer,
If it is determined that the load state is a standby state, the PWM controller generates a switching pulse for switching on / off one of the two primary coils of the high frequency transformer, a flyback type AC-DC converter Power supply using. 교류 전원으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류부;
소정의 권선비를 갖는 1차 코일 및 2차 코일로 구성되고, 상기 1차 코일은 서로 병렬로 결합된 2개의 코일로 구성되고, 각각의 상기 1차 코일들에 대응하여 2차 코일들이 각각 구비되도록 구성되어, 전자기 유도 작용에 의해 1차 측의 전력을 상기 소정의 권선비에 따라 2차 측으로 전달하는 고주파 변압기;
스위칭 펄스를 받아들이고, 상기 스위칭 펄스에 따라 상기 고주파 변압기의 2개의 1차 코일 중에서 하나만 온/오프 스위칭하거나, 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하는 스위칭부;
상기 고주파 변압기의 2차 코일에 연결되어 상기 2차 코일에 유도된 스위칭된 전압을 직류 전압으로서 정류하기 위한 출력 정류부; 및
상기 고주파 변압기의 2차 측에 흐르는 전류의 크기로부터 부하 상태가 정상 상태인지 대기 상태인지를 판정하고, 부하 상태가 정상 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 모두를 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하고, 부하 상태가 대기 상태인 경우에는 2개의 1차 코일 중에서 하나의 코일만 온/오프 스위칭하기 위한 스위칭 펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 부하상태 검출부를 포함하는, 플라이백 방식의 교류-직류 컨버터를 이용한 전원장치.A rectifier for converting an AC voltage from an AC power source into a DC voltage;
It consists of a primary coil and a secondary coil having a predetermined turns ratio, the primary coil is composed of two coils coupled in parallel to each other, so that the secondary coils are provided respectively corresponding to each of the primary coils A high frequency transformer configured to transfer electric power of the primary side to the secondary side according to the predetermined turns ratio by an electromagnetic induction action;
A switching unit configured to receive a switching pulse and switch on / off only one of the two primary coils of the high frequency transformer according to the switching pulse, or switch on / off both of the primary coils;
An output rectifier connected to the secondary coil of the high frequency transformer to rectify the switched voltage induced in the secondary coil as a DC voltage; And
From the magnitude of the current flowing in the secondary side of the high frequency transformer, it is determined whether the load state is normal or standby. When the load state is normal, a switching pulse for switching on / off both primary coils is provided. And a load state detector configured to generate a switching pulse for switching ON / OFF of only one coil of two primary coils when the load state is a standby state, and output the switching pulse to the switching unit. , Power supply using flyback type AC-DC converter.
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