KR101382419B1 - 직류전원 발생장치 및 발생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로가 간단하고 안정적이며 효율이 높은 초소형 설계가 가능한 직류전원 발생장치 및 발생방법에 관한 것으로, AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부; 제어신호에 의해 상기 AC 부하부를 스위칭하는 스위치부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 오프 시 상기 AC 전원을 변압하는 전원 트랜스; 상기 전원 트랜스에서 변압된 전압을 정류 및 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 정류 및 평활부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부; 상기 스위치부의 온 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 일정 레벨 이하로 출력하는 제 1 고전압 차단부; 상기 스위치부의 오프 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부; 상기 제 1 정류 및 평활부와 상기 제 2 정류 및 평활부로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부; 그리고 상기 AC 전원의 제로 점을 검출하고, 외부로부터 온/오프 제어신호에 따라 상기 스위치부를 제어하는 제로 크로스 포토 트라이악부를 구비하여 구성된 것이다.

Description

직류전원 발생장치 및 발생 방법 {DC voltage generator and method for generating DC voltage}

본 발명은 직류전원 발생장치에 관한 것으로서, 특히 회로가 간단하고 안정적이며 효율이 높은 초소형 설계가 가능한 직류전원 발생장치 및 발생방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건물내의 조명등이나 각종 부하들의 전원을 개폐하는 스위치장치는 전원을 공급하는 전원단과 부하단의 사이에 형성되어 전원을 공급을 On/Off 시켜 조명등이나 각종 부하의 동작을 제어한다. 스위치 장치는 사람의 조작에 의하여 On/Off 되는 방식이 가장 많이 사용되는 방법이다.

최근에는 스위치 장치가 부하의 전원을 개폐하는데 있어 사용자의 편의를 위하여 간단한 터치제어 또는 원격제어나 홈 오토매이션(Home AutomatiOn)이나 빌딩 제어 시스템(Building COntrol System)이 보급되고 있는 실정이다. 홈 오토매이션 및 빌딩 제어 시스템은 가정 및 사무실의 조명등 및 전기부하들을 네트워크로 연결하여 시간 및 장소에 구애를 받지 않고, 자유롭게 제어할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 홈 오토매이션 및 빌딩 제어 시스템을 구현하기 위하여 가정 및 사무실내 조명등 및 각 부하들의 동작을 제어하는 전원 스위칭 시스템에는 통신모듈이 구비된다.

홈 오토매이션 및 빌딩 제어시스템에서 조명등이나 각종 부하를 On/Off 시키기 위해서는 전원 스위칭 회로가 필수적이며, 전원 스위칭 회로가 동작하기 위해서는 일정한 직류전압의 공급이 필수적이다.

그러나, 전원공급단자와 부하단자 사이에 형성되는 전원 스위치 회로는 각종 부하가 On 되는 경우에는 양 단자(전원 공급 단자 및 부하단자)가 단락되어야 하고 각종 부하가 Off 경우에는 양 단자가 단선되어야 함으로 안정된 직류전원을 공급 받을 수 없다. 그러므로, 전원 스위치 장치를 위한 별도의 전원공급선을 따로 형성하거나 전지를 사용하여야 했다.

별도의 전원 공급 장치나 전지를 사용하지 않고, 조명등과 같은 소정의 부하에 공급되는 교류 전원중 설정된 전압 레벨보다 전압 레벨이 낮은 저전압 부분만을 전원 스위치 회로의 구동 전원으로 공급하는 전원 스위치 회로의 전원 공급 방법이 제시되었다.

이와 같은 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 1b는 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 방법을 설명하기 위한 파형도이다.

종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 방법은 입력되는 교류 전원을 On/Off하는 원격 또는 자동 전원 스위치를 동작하도록 하는 직류전원을 만들기 위한 방법이다.

도 1a 내지 1b에 도시한 바와 같이, 입력되는 교류전원의 정현파 파형에서 전원 스위치 회로에 필요한 전압 레벨을 설정한 다음, 입력되는 교류 전원의 양(+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 설정된 전압 레벨보다 낮은 전원을 전원 스위치 회로에 공급하며, 설정된 전압 레벨보다 높은 전원은 부하단의 On시에 부하단에공급하고, 부하단의 Off시에는 차단시키도록 제어한다.

도 2는 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템을 터치 스위치와 결합한 회로도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 교류(AC)전원(80V~280V)을 부하단(50W~5000W)에 공급하기 위한 두개의 선중 하나의 선의 사이에 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템(100)이 형성된다.

전원 스위치 회로의 상기 전원 공급 시스템(100)은 두개의 AC 입력 단자중 어느 하나의 입력단자에 접속되어 AC 전원을 전파 정류하기 위한 정류부(110)의 출력측에 전원 스위칭부(130)가 접속된다. 상기 전원 스위칭부(130)는 입력되는 교류전원의 양(+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 설정된 전압 레벨(30Vp-p)보다 낮은 전원은 스위칭 전원으로 공급하며, 설정된 전압 레벨보다 높은 전원은 부하단의 On시에 부하단에 공급하고, 부하단의 Off시에는 차단시킨다.

상기 전원 스위칭부(130)의 출력측에는 스위칭 전원 공급부(150)가 형성된다. 상기 스위칭 전원 공급부(150)는 설정된 전압 레벨(30Vp-p)보다 낮은 전원만을 입력받도록 구성되어, 입력된 전원을 증폭하고 평활시켜 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템(100)의 구동 전원을 공급한다. 상기 전원 스위칭부(130)는 동작 신호 입력부(120)에서 신호를 입력받도록 구성된다.

상기 동작신호 입력부(120)는 상기 스위칭 전원 공급부(150)로부터 전원을 입력받아 사용자의 접촉에 의하여 동작하는 터치 스위치(122)가 형성된다. 터치 스위치(122)와 더불어 RF 주파수에 의하여 동작하는 RF모듈 또는 적외선 신호에 의하여 동작하는 적외선(IR)모듈로 구성된 무선 송수신 모듈(124)이 같이 형성된다.

부하단 동작 감시부(140)는 상기 스위칭 전원 공급부(150) 및 상기 동작신호 입력부(120)로부터 신호를 입력받도록 구성된다. 상기 부하단 동작 감시부(140)는 부하단에 전원이 공급되는 부하단 On상태의 경우와 부하단에 전원의 공급을 차단하는 부하단 Off상태일 경우를 전압 차이로 구분을 하여 Low신호와 High 신호로 출력한다. 상기 부하단 동작 감시부(140)는 홈 오토매이션 및 빌딩 제어시스템의 원격 제어시에 부하단의 동작상태를 출력단자(142)를 통하여 출력시켜 원격지에서 부하단의 동작 상태를 알수 있도록 한다.

이와 같이 구성된 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급시스템은 입력되는 교류 전원중 전원 스위치 회로에서 필요한 전원이 30Vp-p라고 가정하면, 정류부(110)에서 전파 정류한 다음 전원 스위칭부(130)에서는 입력되는 교류전원에서 설정된 전압 레벨(30Vp-p)보다 낮은 전원은 전원 스위치 회로의 구동 전원으로 공급하며, 설정된 전압레벨보다 높은 전원은 부하단에 공급(부하단 On시)시키거나 차단(부하단 Off시)시킨다.

상기 스위칭 전원 공급부(150)는 설정된 전압 레벨(30Vp-p)보나 전압 레벨이 높은 전원에서는 동작하지 않고,설정된 전압 레벨(30Vp-p)보나 전압 레벨이 낮은 전원에서는 전원을 증폭하여 평활시키도록 동작된다.

이때, 평활된 전압 레벨은 부하단의 On시 또는 부하단의 Off시에 차이가 발생하는데, 부하단 동작 감시부(140)는 충전되는 전압을 감지하여 부하단의 동작상태에 따른 신호를 출력단자(142)를 통하여 출력시키게 된다.

종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템의 일 실시예는, 도 3에 도시한 바와 같이, 정류부(110)는 교류 전원(AC 80V~280V)의 두개의 출력단 중 어느 하나의 출력단에 접속되어 상용 교류 전원을 전파 정류하기 위한 브릿지 다이오드(D1~D4)로 구성된다.

동작 신호 입력부(120)는 정류부(110)의 브릿지 다이오드(D1~D4)의 출력측에 접속된 J-K 플립플롭(124)과 J-K 플립플롭(124)의 입력단에 터치 스위치(122)를 구비한다. 또한, J-K 플립플롭(124)의 입력단에는 터치 스위치(122)와 더불어 RF모듈 또는 적외선(IR)모듈로 구성된 무선 송수신 모듈(도시되지 않음)이 같이 형성될 수 있다. 동작 신호 입력부(120)를 구성하는 J-K 플립플롭(124)의 출력중 하나의 출력은 전원 스위칭부(130)에 입력되고, 다른 하나의 출력은 부하단 동작 감시부(140)에 입력되도록 형성된다.

전원 스위칭부(130)는 정류부(110)의 출력측 양단에 제 1 저항 및 제 2저항(R1,R2)이 직렬로 접속된다. 동작 신호 입력부(120)를 구성하는 J-K 플립플롭(124)의 신호는 제 1저항(R1)과 접속되며, 제 1 및 제 2 저항(R1,R2)의 사이에는 NPN형의 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속된다. 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단은 정류부(110)에서 전원을 입력받도록 접속되며, 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단은 제너다이오드(ZD1)의 케소드단과 접속된다. 제너다이오드(ZD1)의 애노드단은 부하단과 정류부(110)의 사이에 형성된 스위칭 트랜지스터인 SCR(SilicOn COntroled Rectifire)(132)의 게이트단과 접속되며, 제 3 저항(R3)을 통하여 정류부(110)와 접속된다. 상기 동작 신호 입력부(120)를 구성하는 J-K 플립플롭(124)의 출력중 다른 출력은 부하단 동작 감지부(140)에 입력된다.

부하단 동작감지부(140)는 직렬 접속된 제 4 및 제 5 저항(R4,R5)을 통하여 상기 정류부(110)를 구성하는 다이오드들(D1,D4)의 애노드단에 접속되며, 제 4 및 제 5 저항(R4,R5)의 사이에 NPN형 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단이 접속된다. 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에는 부하단의 On/ Off에 따른 신호를 출력하는 력단자(142)가 형성되며, 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 정류부(110)를 구성하는 다이오드(D1,D4)들의 애노드단에 접속된다. 상기 부하단 동작감지부(140)의 제 4 저항(R4)은 스위칭 전원공급부(150)에 접속된다.

상기 스위칭 전원 공급부(150)는 상기 정류부(110)를 구성하는 다이오드(D2,D3)등의 캐소드단에 PNP형의 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단이 접속되며, 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단은 부하단 동작 감지부(140)의 제 4저항(R4) 및 충전 콘덴서(C1)와 접속된다. 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스단은 정류부(110)를 구성하는 다이오드(D2,D3)들의 캐소드단에 직렬 접속된 제 6 및 제 7저항(R6,R7)의 사이에 접속된다. 제 7저항(R7)은 NPN형의 제 3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단과 접속되고, 제 3트랜지스터(Q3)의 베이스단은 제 8저항(R8) 및 NPN형의 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단 사이에 접속된다. 제 2트랜지스터(Q2) 및 제 3 트랜지스터(Q3)의 에미터단은 정류부(110)를 구성하는 다이오드(D1,D4)들의 애노드단에 접속된다. 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단은 정류부(110)의 양단에 직렬접속된 제 9 및 제 10저항(R9, R10)의 사이에 접속된다.

이와 같이 구성된 종래의 전원 스위치 회로의 전압 공급 시스템의 일실시예의 동작은 다음과 같다.

입력 교류 전원(80~280V)과 연결되는 하나의 선과 부하단과 연결되는 하나의 선 사이에 형성된 브릿지 다이오드(D1~D4)로 구성된 상기 정류부(110)에서 전파 정류된 전원은 제 9 저항(R9)에 인가된다. 상기 동작 신호 입력부(120)의 터치 스위치(122)와 더불어 형성된 무선 송수신 모듈(124)에 부하단을 동작시키기 위한 신호가 입력되면 J-K 플립플롭(124)은 제 1 저항(R1)에 신호를 인가한다.

제 1 저항(R1)에 신호가 인가되면 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴 온되어 정류부(110)에서 전파 정류된 전원을 제너다이오드(ZD1)에 인가하게 된다. 여기서, 전원 스위칭 시스템(100)에서 필요한 전압 레벨이 30Vp-p라면, 제너다이오드(ZD1)의 항복전압이 30Vp-p의 전압 레벨로 설정된다. 설정된 전압 레벨 이상(예를 들면 30Vp-p이상)의 전압 레벨을 가진 전원이 트랜지스터(Q1)를 통하여 제너다이오드(ZD1)에 인가되면, 제너 다이오드(ZD1)는 항복 전압을 넘어서 SCR(132)의 게이트에 트리거 전압을 인가한다. 이에 따라 스위칭 트랜지스터인 SCR(132)이 턴온되고 부하단에는 설정된 전압 레벨 이상(예를 들면 30Vp-p 이상)의 전압 레벨을 가진 교류 전원만이 공급된다.

이때, 스위칭 트랜지스터인 SCR(132)이 동작되는 동안에는 제 1 트랜지스터(Q1)는 계속 턴 온 상태를 유지하여, 도 1a에 도시한 바와 같이, 입력되는 교류전원의 사인 파형에서 양측면에 형성되는 설정 전압 레벨 이하의 전원 중 좌측만을 부하단에 공급하지 않게 된다. SCR(132)은 게이트에 트리거 신호를 인가하면 턴온이 되어 계속 교류 전원을 부하단에 공급하다가, 도 1a에 도시한 바와 같이, 전압레벨이 0이 될 때 턴 오프 된다.

따라서, 도 1a에서 검은색 부분을 제외한 빗금친 부분의 전원이 부하단에 인가된다. 입력 교류전원(80~280V)과 연결되는 하나의 선과 부하단과 연결되는 하나의 선 사이에 형성된 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성된 정류부(110)에서 전파 정류된 전원은 전원 스위칭부(130)에 인가됨과 동시에 스위칭 전원 공급부(150)에 인가된다. 스위칭 전원 공급부(150)에서도 마찬가지로 정류부(110)의 양단에 직렬 접속된 제 9 및 제 10저항(R9, R10)의 저항비에 따라 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템(100)에서 필요한 전압 레벨이 설정된다. 즉, 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템(100)에서 필요로 하는 전원이 예를 들어 30Vp-p라면, 제 9 및 제 10 저항(R9, R10)의 저항비는 30Vp-p의 전압 레벨로 설정된다.

설정 전압 레벨 이상의 전압 레벨을 가진 전원(예를 들어 30Vp-p이상)이 입력되면 제 9 저항(R9)을 통과하여 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 전원이 인가되어 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴 온 된다. 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴 온 되면, 제 3트랜지스터(Q3)는 턴 오프 되므로 충전 콘덴서(C1)가 충전되지 않게 된다. 그러나, 설정 전압 레벨 이하의 전압 레벨을 가진 전원(예를 들어 30Vp-p이하)이 입력되면, 이 전원은 제 9 저항(R9)을 통과하나 전압이 낮아 제 2 트랜지스터(Q2)는 턴 오프 된다. 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴 오프 되면, 제 3 트랜지스터(Q3)는 턴온 된다. 제 3 트랜지스터(Q3)가 턴 온 되면, 직렬 접속된 제 6 및 제 7 저항(R6,R7)의 저항비에 따라 제 4 트랜지스터(Q4)로 전류 증폭을 시켜 충전콘덴서(C1)에 충전시키고 이를 평활하여 직류전압으로 변환시킨다.

직류로 변환된 전원은 동작 신호 입력부(120)의 터치 스위치에 전원을 공급하거나 부하를 원격으로 동작시키고자 할 때 RF 주파수에 의하여 동작하는 RF모듈 또는 적외선 신호에 의하여 동작하는 적외선(IR)모듈로 구성된 무선 송수신 모듈(124)의 구동전원으로 공급한다.

그리고, 부하단 동작 감지부(140)는 스위칭 전원공급부(150)의 충전 콘덴서(C1)에 충전되어 평활된 직류전압을 이용하여 부하단이 On 상태인 경우와 부하단이 Off상태인 경우를 감지한다. 즉, 충전 콘덴서(C1)에서 평활된 직류전압은 부하단이 On 상태인 경우와 부하단이 Off상태인 경우에 전압 차이가 발생하는 데 부하단 동작감지부의 제 4 및 제 5 저항(R4,R5)의 저항비를 그 중간 전압에서 제 5 트랜지스터(Q5)가 On되도록 설정하여 부하단의 상태가 On/Off인지를 단자(142)로 출력하여 LED로 표시하거나 무선 송신 모듈을 통하여 중앙 제어기로 보낼 수 있도록 하는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템에 있어서는, 전원 스위치 회로에 필요한 전압 레벨을 설정한 다음, 입력되는 교류 전원의 양(+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 설정된 전압 레벨보다 낮은 전원을 전원 스위치 회로에 공급하고, 설정된 전압 레벨보다 높은 전원은 부하단의 On시에 부하단에 공급하며, 부하단의 Off시에는 차단시키도록 제어한다.

따라서, 상기 전원 스위치 회로가 복수개 일 경우, 상기 각 전원 스위치 회로에 필요한 전압 레벨이 일정하지 않을 수 있고, 이와 같이 필요한 전압이 일정하지 않을 경우, 각 전원 스위치 회로마다 상기 전원 스위칭부(130)의 제너다이오드(ZD1)의 항복전압 및 상기 스위칭 전원 공급부(150)의 제 9 및 제 10 저항(R9, R10)의 저항비를 상기 전원 스위치 회로에 필요한 전압 레벨을 설정하여야 한다.

또한, 상기 전원 스위치 회로가 복수개 일 경우, 상기 각 전원 스위치 회로에 필요한 전압 레벨이 일정하지 않을 수 있고, 이와 같이 필요한 전압이 일정하지 않을 경우, 필요한 전압 레벨을 가장 큰 값으로 설정할 수 있다.

그러나, 이와 같은 경우, 예를들어, 각 전원 스위치 회로의 필요한 전압 레벨이 각각 10V, 15V, 20V 및 30V일 경우, 30V로 필요한 전압 레벨을 설정하면, 10V의 전압 레벨이 필요한 전원 스위치 회로에서는 11V 내지 30V의 전압은 교류 부하 및 직류 전원 부하로 사용되지 않으므로 전력 손실이 크다.

둘째, 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템에 있어서는 교류 부하 전류가 상기 정류부(110)를 통과하여 부하단에 인가되도록 구성되어 있다. 따라서, 예를들면, 2A(AC200V, 440W)의 교류 부하를 사용할 경우, 상기 정류부의 다이오드를 통하여 2A의 전류가 도통되며, 직류 부하(전원 스위치 회로)의 평균 전압이 5V일 경우, 전력 소비는 5V ×2A = 10W가 된다.

이 때, 일반적으로 다이오드의 온도 저항 값은 1W당 약 40℃ 내지 50℃이므로, 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템에 있어서는 상기 정류부(110)의 다이오드로부터 약 400℃ 내지 500℃의 열이 발생하게 되므로, 효율이 저하되고 사용 전력의 제한을 가져오게 된다.

셋째, 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템에 있어서는, 스위치 오프(Off) 시, 트랜지스터 (Q2, Q3, Q4)를 이용하여 설정 전압 이하에서만 전원을 추출한다.

따라서, 스위치 오프 상태에서는 교류 전압에서 설정 전압만 사용하므로 역율이 매우 나쁘게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 교류(AC) 부하의 스위치 양단에서 직류 부하(전자 스위치, 통신 모듈, 등)에 따라 스위치 온(On) 시간의 지연(delay)을 가변하고, 그에 따라 직류(DC) 전압을 생성하므로, 전력 효율을 향상시키고, 열 발생을 최소화하는 직류전원 발생장치 및 발생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류전원 발생장치는, AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부; 제어신호에 의해 상기 AC 부하부를 스위칭하는 스위치부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 오프 시 상기 AC 전원을 변압하는 전원 트랜스; 상기 전원 트랜스에서 변압된 전압을 정류 및 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 정류 및 평활부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부; 상기 스위치부의 온 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 일정 레벨 이하로 출력하는 제 1 고전압 차단부; 상기 스위치부의 오프 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부; 상기 제 1 정류 및 평활부와 상기 제 2 정류 및 평활부로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부; 그리고 상기 AC 전원의 제로 점을 검출하고, 외부로부터 온/오프 제어신호에 따라 상기 스위치부를 제어하는 제로 크로스 포토 트라이악부를 구비하여 구성됨에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 스위치부는 하나 이상의 트라이악으로 구성되어, 상기 하나 이상의 트라이악의 V_GT(Gate Trigger Voltage), I_GT(Gate Trigger Current) 및 I_H(Holding Current) 조건에 의하여 바로 턴온되지 못하고, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간을 갖음을 특징으로 한다.

상기 제 1 고전압 차단부는, 제 1 제너다이오드 및 제 1 MOSFET를 구비하여, 상기 제 2 정류부에서 출력된 전압이 상기 제 1 제너다이오드의 문턱전압(Vth)이하일 때 상기 제 1 MOSFET가 턴온되어 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 출력함을 특징으로 한다.

상기 제 2 고전압 차단부는 제 2 MOSFET, 제 3 MOSFET, 분압 저항(R6, R7), 제 2 제너다이오드를 구비하여, 상기 스위치부의 오프 제어신호가 인가되면 상기 제 2 MOSFET가 턴오프 되고, 상기 분압 저항(R7) 및 제 2 제너다이오드에 의해 상기 제 2 제너다이오드의 제너 전압이 상기 제 3 MOSFET의 게이트 단자에 인가되어 상기 제 3 MOSFET가 턴온되고, 상기 제 1 고전압 차단부의 상기 제 1 MOSFET의 게이트 단자를 접지시켜 상기 제 1 MOSFET가 턴 오프되도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기 스위치부의 온도를 감지하여 상기 스위치부의 온도가 위험 온도로 감지되면 상기 스위치부를 오프시키는 온도 모니터링 및 제어부를 더 구비함을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류전원 발생장치는, AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부; 제어신호에 의해 상기 AC 부하부를 스위칭하는 스위치부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 오프 시 상기 AC 전원을 변압하는 전원 트랜스; 상기 전원 트랜스에서 변압된 전압을 정류 및 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 정류 및 평활부; 상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부; 상기 스위치부의 온 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 일정 레벨로 출력하는 제 1 고전압 차단부;상기 스위치부의 오프 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부; 상기 제 1 정류 및 평활부와 상기 제 2 정류 및 평활부로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부; 외부로부터 스위치 제어신호를 입력받아 상기 스위치부의 온/오프를 제어하고, 상기 외부로부터 스위치 제어신호가 스위치 온 제어신호일 경우, 상기 DC 부하부의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부의 부하량에 따라 상기 스위치부의 온 지연 시간을 생성하여 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부를 온시키는 DC 전압 모니터링 및 제어부(35)를 구비하여 구성됨에 또 다른 특징이 있다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원 발생 방법은, 외부의 스위치 제어 신호에 따라 스위치부를 온/오프하여 AC 부하부를 구동하는 단계; 상기 부하부가 오프 되었을 경우, 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 변압하고 제 1 정류 및 평활부를 통해 변압된 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계; 상기 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, AC 상용 전원의 제로 점에서 DC 부하량에 따른 스위치 온 지연 시간을 갖고 상기 스위치부를 온 시키는 단계; 상기 스위치 온 지연 시간 동안 제 2 정류 및 평활부를 통해 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원 발생 방법은, 외부의 스위치 제어 신호에 따라 스위치부를 온/오프하여 AC 부하부를 구동하는 단계; 상기 부하부가 오프 되었을 경우, 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 변압하고 제 1 정류 및 평활부를 통해 변압된 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계; 상기 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, DC 부하부의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부의 부하량에 따라 상기 스위치부의 온 지연 시간을 생성하여 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부를 온시키는 단계; 상기 스위치 온 지연 시간 동안 제 2 정류 및 평활부를 통해 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 직류 전원 발생 장치 및 발생 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따른 직류 전원 발생 장치는, 스위치 온일 경우, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간이 가변되고, 그에 따라 출력된 직류 전압도 가변되므로, DC 부하량에 따라 적절한 직류 전원을 출력하고, 더불어 AC 부하에 더 많은 전원을 공급할 수 있으므로 효율이 높다.

둘째, 상기 제 1, 제 2 정류부 및 평활부가 상기 스위치부 양단에 설치되므로, 부하 온(ON)시, 정류부를 통하지 않고 AC 부하에 전류가 공급된다. 따라서, 부하 용량에 제한이 없으며 대용량 부하의 제어에 용이하게 적용할 수 있다.

또한, 정류부 다이오드의 열 발생에 의한 부하 용량 저하를 방지할 수 있다.

셋째, 본 발명에서는 스위치 오프(Off) 시 전원 트랜스를 이용하여 DC 전원을 추출하므로, 역율 저하 현상이 발생하지 않는다.

도 1a 내지 1b는 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 방법을 설명하기 위한 파형도
도 2는 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도
도 3은 종래의 전원 스위치 회로의 전원 공급 시스템을 터치 스위치와 결합한 회로도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치의 회로 구성도
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치에서 DC 부하 용량에 따른 전압 곡선도
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치에서 DC 부하 용량이 클 때와 적을 때의 비교 전압 곡선도
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 직류 전원 발생 장치 및 발생 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치의 블럭 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 직류 전원 발생 장치의 회로 구성도이다.

본 발명에 따른 직류 전원 발생 장치는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, AC 상용 전원 (AC 220V)이 인입되는 전원 인입부(21)와, AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부(22)와, 제어신호에 의해 상기 AC 부하부(22)를 스위칭하는 스위치부(30)와, 상기 스위치부(30) 양단에 연결되어 상기 스위치부(30)에 의해 AC 부하부(22)가 오프 시 상기 AC 전원을 변압(강압)하는 전원 트랜스(24)와, 상기 전원 트랜스(24)에서 변압된 전압을 정류하는 제 1 정류부(15)와, 상기 제 1 정류부(25)에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 평활부(31)와, 상기 스위치부(30) 양단에 연결되어 상기 스위치부(30)에 의해 AC 부하부(22)가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부(26)와, 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부(32)와, 상기 스위치부(30)의 온 시 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압을 일정 레벨 이하로 출력하는 제 1 고전압 차단부(27)와, 상기 스위치부(30)의 오프 시 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부(33)와, 상기 제 1 정류부(25) 및 평활부(31)와 제 2 정류부(26) 및 평활부(32)로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부(28)와, 상기 AC 전원의 제로 점을 검출하고, 외부로부터 상기 스위치부(30)의 온/오프 제어신호에 따라 상기 스위치부(30)를 제어하는 제로 크로스 포토 트라이악(Zero-cross photo TRIAC)부(23)를 구비하여 구성된다.

여기서, 상기 제로 크로스 포토 트라이악(Zero-cross photo TRIAC)부(23)는 외부로부터 상기 스위치부(30)의 온/오프 제어신호를 수신하여 온/오프되는 포토 커플러(PT1)와 AC 전원 단에 연결되는 저항(R1)을 구비한다.

상기 스위치부(30)는 2개의 트라이악(D1, D2)이 직렬 연결된 구조를 갖는다.

상기 제 1 정류부 및 평활부(25, 31)는 브릿지 다이오드(D3) 및 평활 콘덴서(C1)를 구비하고, 제 2 정류부(26) 및 평활부(32)는 브릿지 다이오드(D5) 및 평활 콘덴서(C2)를 구비한다.

또한, 제 1 고전압 차단부(27)는 저항(R5), 제너다이오드(D4) 및 n-MOSFET(Q1)를 구비하여 상기 제 2 정류부(26)에서 출력된 전압이 상기 제너다이오드(D4)의 문턱전압(Vth)이하일 때 상기 n-MOSFET(Q1)가 턴온되어 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압을 출력한다.

상기 제 2 고전압 차단부(33)는 n-MOSFET(Q2), n-MOSFET(Q3), 분압 저항(R6, R7), 제너다이오드(D6)를 구비한다. 상기 스위치부(30)의 오프 제어신호가 인가되면 상기 n-MOSFET(Q2)가 턴오프되고, 상기 분압 저항(R7) 및 제너다이오드(D6)에 의해 상기 제너다이오드(D6)의 제너 전압이 상기 n-MOSFET(Q3)의 게이트 단자에 인가되므로 상기 n-MOSFET(Q3)가 턴온되어 상기 제 1 고전압 차단부(27)의 상기 n-MOSFET(Q1)의 게이트 단자를 접지시키므로 상기 n-MOSFET(Q1)는 턴 오프되어 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 제 2 평활부(32)로 전달되지 않는다.

상기 전원 트랜스(24)는 필요한 전체 구동전력에 맞는 용량이 선정되어 전원트랜스(24)의 1차측은 상기 스위치부(30) 양단에 접속되어 상기 스위치부(30)의 오프(OFF)시 상기 AC 전원의 전압이 상기 AC 부하부(22)를 통해 흐르게 되며, 상기 전원트랜스(24)에 걸리는 전압은 상기 AC 부하부(22)와 상기 전원트랜스(24)의 리액턴스 성분의 값에 따라 분압된다. 분압된 전압이 상기 전원트랜스(24)의 1차측 권선에 걸리고 상기 전원트랜스(24)의 1, 2차측 권선 비율에 따라 2차측에서 출력 전압이 얻어진다.

그리고, 권선비에 의해 강압된 2차측의 교류 출력은 상기 제 1 정류부(25) 의 브릿지 다이오드에서 정류되고, 제 1 평활부(31)에서 정류한 맥류를 일정한 DC전압으로 평활한다. 그리고, 평활한 후 얻은 DC전압은 정전압부(28)에 공급된다.

상기에서 전원트랜스(24)의 사양은 본 발명의 전원방식을 적용하고자 하는 직류전원 발생장치의 전체 소요전력에 따르고, 1차측 권선의 입력전압은 최대 AC230V까지는 최대정격으로 선정하며, 2차측 권선수는 직류전원 발생장치의 소요전압에 따라서 상술한 트랜스 관계식 Vout/Vin = N2/N1 = I1/I2 에 따라 결정한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전압 발생 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치에서 DC 부하 용량에 따른 전압 곡선도이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치에서 DC 부하 용량이 클 때와 적을 때의 비교 전압 곡선도이다.

외부의 제어 신호 또는 터치 스위치 등의 제어신호를 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)가 수신하여 상기 스위치부(30)를 온(ON)/오프(OFF) 제어 한다.

그리고, 상기 스위치부(30)의 온(ON)/오프(OFF)에 따라 상기 AC 부하부(22)가 구동되거나 구동되지 않는다.

즉, 외부의 제어 신호가 스위치 오프 제어신호일 경우는 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)의 포토 트라이악(PT1)이 오프되어 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 전압을 공급하지 않으므로 상기 스위치부(30)는 오프되고, 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우는 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)의 포토 트라이악(PT1)이 온되어 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 전압을 공급하므로 상기 스위치부(30)는 온된다.

먼저, 외부의 제어 신호가 스위치 오프 제어신호(로우 논리값)일 경우, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)의 포토 트라이악(PT1)이 오프되어 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 전압을 공급하지 않아서 상기 스위치부(30)가 오프일 경우를 설명하면 다음과 같다.

상기 스위치부(30)가 오프(OFF)되어 상기 AC 부하부(22)가 구동되지 않을 경우에는, 상기 스위치부(30) 양단을 통해 AC 상용 전원(AC 220V)이 상기 전원트랜스(24)에 공급되고, 상기 전원트랜스(24)는 1차측과 2차측의 권선 비에 따라 상기 AC 상용 전원을 변압(강압)하여 출력하고, 상기 제 1 정류부(25) 및 평활부(31)는 상기 전원트랜스(24)에서 출력된 전압을 정류 및 평활하여 직류 전압을 상기 정전압부(28)에 제공한다.

이 때, 상기 제 2 정류부(26)에 상기 스위치부(30) 양단에 상기 AC 전원이 걸리더라도 상기 제 2 고전압 차단부(33)의 n-MOSFET(Q2)이 게이트 단자에 스위치 오프 제어신호(로우 논리값)가 인가되므로 n-MOSFET(Q2)가 턴오프 된다. 따라서, 분압 저항(R7) 및 제너다이오드(D6)에 의해 상기 제너다이오드(D6)의 제너 전압이 상기 n-MOSFET(Q3)의 게이트 단자에 인가되므로 상기 n-MOSFET(Q3)가 턴온되어 상기 제 1 고전압 차단부(27)의 상기 n-MOSFET(Q1)의 게이트 단자를 접지시키므로 상기 n-MOSFET(Q1)는 턴 오프되어 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 제 2 평활부(32)로 전달되지 않는다.

다음, 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)의 포토 트라이악(PT1)이 온되어 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 전압을 공급하여 상기 스위치부(30)가 온될 경우를 설명하면 다음과 같다.

상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)에 스위치 온 제어신호인 외부의 제어 신호가 입력되면, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)는 상기 전원 인입부(21)로 인입된 AC 상용 전원 (AC 220V)의 제로(zero) 점에서 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 구동신호를 출력한다. 그러나, 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)은 V_GT(Gate Trigger Voltage), I_GT(Gate Trigger Current) 및 I_H(Holding Current) 조건에 의하여 바로 턴온되지 못하고, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간이 발생하게 된다.

이와 동시에, 상기 제 2 고전압 차단부(33)에도 상기 스위치 온 제어신호인 외부의 제어 신호(하이 논리값)가 입력되므로, 상기 제 2 고전압 차단부(33)의 n-MOSFET(Q2)가 턴 온된다. 따라서, 분압 저항(R6, R7)에 의해 분압된 전압이 상기 n-MOSFET(Q3)의 게이트 단자에 인가되지 않으므로, 상기 n-MOSFET(Q3)가 턴 오프되어 상기 제 1 고전압 차단부(27)의 상기 n-MOSFET(Q1)의 게이트 단자를 접지시키지 않는다. 그러므로 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 상기 제 1 고전압 차단부(27)의 저항(R5)을 통해 상기 n-MOSFET(Q1)의 게이트 단자에 인가되므로 상기 n-MOSFET(Q1)는 턴온되어 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 제 2 평활부(32)에 전달된다.

이와 같은 동작에 의해, 도 6에 도시한 바와 같이, AC 전압의 제로점부터 상기 온 지연 시간 후 상기 스위칭부(30)의 트라이악(D1, D2)이 턴온될때까지의 기간에, 상기 제 2 정류부(26) 및 제 2 평활부(32)에서 상용전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 상기 정전압부(28)에 제공한다. 그리고 나머지 구간에서는 AC 부하부(22)에 전원을 공급한다.

여기서, DC 부하 용량에 따른 전압 곡선을 나타낸 도 7에 도시한 바와 같이, DC 부하 1 ＞ DC 부하 2인 경우로, DC 부하 사용량에 따라 상기 스위치부(30)의 온 지연 시간이 가변적으로 발생한다.

상기 제 1, 제 2 고전압 차단부(27, 33)의 제너다이오드(D4, D6)는 상기 제너다이오드(D4, D6)의 문턱전압 이상의 전압이 상기 제 2 정류부(26)에서 출력될 경우, 그 이상의 전압이 상기 n-MOSFET(Q1,Q2)를 통과하지 못하도록 한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 직류전원 발생장치의 구동 방법을 정리하면 다음과 같다.

외부의 스위치 제어 신호에 따라 상기 스위치부(30)를 온(ON)/오프하여 부하부(22)를 구동한다.

그리고 상기 스위치부(30)의 오프에 의해 상기 부하부(22)가 오프(OFF)되었을 경우, 상기 AC 상용 전원(AC 220V)은 상기 스위치부(30) 양단을 통해 상기 전원트랜스(24)에 공급되고, 상기 전원트랜스(24)의 1차측과 2차측의 권선 비에 따라 변압(강압)되고, 상기 제 1 정류부(25) 및 평활부(31)부를 통해 정류 및 평활되어 직류 전압으로 출력된다.

이 때, 상기 제 2 정류부(26)에 상기 스위치부(30) 양단에 상기 AC 전원이 걸리더라도 상기 제 2 고전압 차단부(33)에 의해 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 제 2 평활부(32)로 전달되지 않는다.

그리고, 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)의 포토 트라이악(PT1)이 온되어 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 전압을 공급하여 상기 스위치부(30)를 온 시킨다.

이 때, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)는 상기 전원 인입부(21)로 인입된 AC 상용 전원 (AC 220V)의 제로(zero) 점에서 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 구동신호를 출력한다. 그러나, 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)은 바로 턴온되지 않고, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간이 발생하게 된다.

상기 온 지연 시간 동안, 상기 제 2 고전압 차단부(33) 및 상기 제 1 고전압 차단부(27)에 의해 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압이 제 2 평활부(32)에 전달되어 직류 전압이 출력된다.

상기 스위치부(30)가 온되어 부하부(22)가 구동될 경우, 상기와 같은 과정이 반복되어 AC 상용 전원 (AC 220V)의 제로(zero) 점에서 스위치 온 지연 시간 동안 직류 전압이 출력된다.

한편, DC 부하 전압을 직접 모니터링하여 상기 스위치부의 구동을 제어할 수 있다. 이와 같은 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치의 블럭 구성도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 직류 전원 발생 장치는, 도 8에 도시한 바와 같이, AC 상용 전원 (AC 220V)이 인입되는 전원 인입부(21)와, AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부(22)와, 제어신호에 의해 상기 AC 부하부(22)를 스위칭하는 스위치부(30)와, 상기 스위치부(30) 양단에 연결되어 상기 스위치부(30)에 의해 AC 부하부(22)가 오프 시 상기 AC 전원을 변압(강압)하는 전원 트랜스(24)와, 상기 전원 트랜스(24)에서 변압된 전압을 정류하는 제 1 정류부(15)와, 상기 제 1 정류부(25)에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 평활부(31)와, 상기 스위치부(30) 양단에 연결되어 상기 스위치부(30)에 의해 AC 부하부(22)가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부(26)와, 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부(32)와, 상기 스위치부(30)의 온 시 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압을 일정 레벨로 출력하는 제 1 고전압 차단부(27)와, 상기 스위치부(30)의 오프 시 상기 제 2 정류부(26)에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부(33)와, 상기 제 1 정류부(25) 및 평활부(31)와 제 2 정류부(26) 및 평활부(32)로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부(28)와, 상기 정전압부(28)에서 출력된 DC 전압에 의해 구동되는 DC 부하부(34)와, 외부로부터 스위치 제어신호를 입력받아 상기 스위치부(30)의 온/오프를 제어하고, 상기 외부로부터 스위치 제어신호가 스위치 온 제어신호일 경우, 상기 DC 부하부(34)의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부(34)의 부하량에 따라 상기 스위치부(30)의 온 지연 시간을 생성하여 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부(30)를 온시키는 DC 전압 모니터링 및 제어부(35)를 구비하여 구성된다.

본 발명의 제 1 실시예의 직류 전원 발생 장치는 제로 크로스 포토 트라이악(Zero-cross photo TRIAC)부(23)를 사용했지만, 본 발명의 제 2 실시예의 직류 전원 발생 장치는 상기 제로 크로스 포토 트라이악(Zero-cross photo TRIAC)부(23)대신에 DC 전압 모니터링 및 제어부(35)를 이용함에 차이가 있다.

즉, 본 발명의 제 1 실시예의 직류 전원 발생 장치에서, 상기 제로 크로스 포토 트라이악부(23)는, 외부의 스위치 온 제어신호가 입력되면, 상기 전원 인입부(21)로 인입된 AC 상용 전원 (AC 220V)의 제로(zero) 점에서 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)의 게이트 단자에 구동신호를 출력하였으며, 상기 스위치부(30)의 트라이악(D1, D2)이 바로 턴온되지 않고, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간이 발생하게 되었다.

그러나, 본 발명의 제 2 실시예의 직류 전원 발생 장치에서는, 상기 스위치부(30)가 트라이악(D1, D2)으로 구성되지 않고, 일반 스위치로 구성되어도 상기 DC 전압 모니터링 및 제어부(35)가 상기 DC 부하부(34)의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부(34)의 부하량에 따라 상기 스위치부(30)의 온 지연 시간을 생성하여 AC 전원의 제로점에서 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부(30)를 온시킨다.

따라서, 본 발명의 제 2 실시예의 직류 전원 발생 장치의 나머지 각 부의 동작은 본 발명의 제 1 실시예의 직류 전원 발생 장치와 같으므로 그 동작 및 구성을 생략한다.

한편, 전자 스위치를 이용한 부하 제어 시, 부하 용량에 따라 발열 현상이 발생하게 된다. 이는 시스템 파손 및 화제를 유발할 수 있다. 따라서 상기 스위치부에 온도 모니터링 및 제어부를 추가하여 위험 온도가 감지되면 상기 스위치부(30)가 자동으로 오프되도록 하여 시스템 파손 및 화제를 예방할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 예에 의해서가 아니라 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

21: 전원 인입부 22: AC 부하부
23: 제로크로스 포토 트라이악부 24: 전원 트랜스
25: 제 1 정류부 26: 제 2 정류부
27: 제 1 고전압 차단부 28: 정전압부
30: 스위치부 31: 제 1 평활부
32: 제 2 평활부 33: 제 2 고전압 차단부
34: DC 부하부 35: DC 전압 모니터링 및 제어부

Claims (11)

1. AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부;
   제어신호에 의해 상기 AC 부하부를 스위칭하는 스위치부;
   상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 오프 시 상기 AC 전원을 변압하는 전원 트랜스;
   상기 전원 트랜스에서 변압된 전압을 정류 및 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 정류 및 평활부;
   상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부;
   상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부;
   상기 스위치부의 온 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 일정 레벨로 출력하는 제 1 고전압 차단부;
   상기 스위치부의 오프 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부;
   상기 제 1 정류 및 평활부와 상기 제 2 정류 및 평활부로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부;
   상기 AC 전원의 제로 점을 검출하고, 외부로부터 온/오프 제어신호에 따라 상기 스위치부를 제어하는 제로 크로스 포토 트라이악부를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위치부는 하나 이상의 트라이악으로 구성되어, 상기 하나 이상의 트라이악의 V_GT(Gate Trigger Voltage), I_GT(Gate Trigger Current) 및 I_H(Holding Current) 조건에 의하여 바로 턴온되지 못하고, DC 부하량에 따라 스위치 온 지연 시간을 갖음을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 고전압 차단부는, 제 1 제너다이오드 및 제 1 MOSFET를 구비하여, 상기 제 2 정류부에서 출력된 전압이 상기 제 1 제너다이오드의 문턱전압(Vth)이하일 때 상기 제 1 MOSFET가 턴온되어 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 출력함을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 고전압 차단부는 제 2 MOSFET, 제 3 MOSFET, 분압 저항(R6, R7), 제 2 제너다이오드를 구비하여, 상기 스위치부의 오프 제어신호가 인가되면 상기 제 2 MOSFET가 턴오프 되고, 상기 분압 저항(R7) 및 제 2 제너다이오드에 의해 상기 제 2 제너다이오드의 제너 전압이 상기 제 3 MOSFET의 게이트 단자에 인가되어 상기 제 3 MOSFET가 턴온되고, 상기 제 1 고전압 차단부의 상기 제 1 MOSFET의 게이트 단자를 접지시켜 상기 제 1 MOSFET가 턴 오프되도록 구성됨을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위치부의 온도를 감지하여 상기 스위치부의 온도가 위험 온도로 감지되면 상기 스위치부를 오프시키는 온도 모니터링 및 제어부를 더 구비함을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
6. AC 전원에 의해 구동되는 AC 부하부;
   제어신호에 의해 상기 AC 부하부를 스위칭하는 스위치부;
   상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 오프 시 상기 AC 전원을 변압하는 전원 트랜스;
   상기 전원 트랜스에서 변압된 전압을 정류 및 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 1 정류 및 평활부;
   상기 스위치부 양단에 연결되어 상기 스위치부에 의해 AC 부하부가 온 시 전압을 정류하는 제 2 정류부;
   상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 평활하여 DC 전원을 출력하는 제 2 평활부;
   상기 스위치부의 온 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압을 일정 레벨로 출력하는 제 1 고전압 차단부;
   상기 스위치부의 오프 시 상기 제 2 정류부에서 정류된 전압의 출력을 차단하는 제 2 고전압 차단부;
   상기 제 1 정류 및 평활부와 상기 제 2 정류 및 평활부로부터의 DC 전원을 DC 부하부에 공급하는 정전압부;
   외부로부터 스위치 제어신호를 입력받아 상기 스위치부의 온/오프를 제어하고, 상기 외부로부터 스위치 제어신호가 스위치 온 제어신호일 경우, 상기 DC 부하부의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부의 부하량에 따라 상기 스위치부의 온 지연 시간을 생성하여 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부를 온시키는 DC 전압 모니터링 및 제어부(35)를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 직류 전원 발생 장치.
7. 외부의 스위치 제어 신호에 따라 스위치부를 온/오프하여 AC 부하부를 구동하는 단계;
   상기 부하부가 오프 되었을 경우, 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 변압하고 제 1 정류 및 평활부를 통해 변압된 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계;
   상기 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, AC 상용 전원의 제로 점에서 DC 부하량에 따른 스위치 온 지연 시간을 갖고 상기 스위치부를 온 시키는 단계;
   상기 스위치 온 지연 시간 동안 제 2 정류 및 평활부를 통해 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 직류 전원 발생 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 스위치부는 하나 이상의 트라이악으로 구성되고, 상기 스위치 온 지연 시간은 상기 하나 이상의 트라이악의 V_GT(Gate Trigger Voltage), I_GT(Gate Trigger Current) 및 I_H(Holding Current) 조건에 의하여 DC 부하량에 따라 결정됨을 특징으로 하는 직류 전원 발생 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 스위치부의 온도를 감지하여 상기 스위치부의 온도가 위험 온도로 감지되면 상기 스위치부를 오프시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 직류 전원 발생 방법.
10. 외부의 스위치 제어 신호에 따라 스위치부를 온/오프하여 AC 부하부를 구동하는 단계;
    상기 부하부가 오프 되었을 경우, 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 변압하고 제 1 정류 및 평활부를 통해 변압된 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계;
    상기 외부의 제어 신호가 스위치 온 제어신호일 경우, DC 부하부의 부하량을 검출하고 상기 DC 부하부의 부하량에 따라 상기 스위치부의 온 지연 시간을 생성하여 그 시간 만큼 지연시켜 상기 스위치부를 온시키는 단계;
    상기 스위치 온 지연 시간 동안 제 2 정류 및 평활부를 통해 상기 스위치 양단의 AC 상용 전원을 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 직류 전원 발생 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치부의 온도를 감지하여 상기 스위치부의 온도가 위험 온도로 감지되면 상기 스위치부를 오프시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 직류 전원 발생 방법.

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