KR101564446B1 - Power supply device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 전원을 스위칭하는 스위치, 상기 스위칭에 의하여 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 전자기 결합되어 상기 일차 권선으로부터 전원을 전달받는 이차 권선을 구비하며, 상기 스위치 및 상기 일차 권선이 위치하는 1차측 영역 및 상기 이차 권선이 위치하는 2차측 영역이 절연된 절연 컨버터부; 상기 이차 권선과 전자기 결합된 보조 권선 및 상기 보조 권선과 직렬 연결된 다이오드를 구비하며, 상기 1차측 영역에 위치하는 전압 피드백부; 및 상기 다이오드의 애노드 단에서의 제 1 전압 정보 및 상기 다이오드의 캐소드 단에서의 제 2 전압 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a switching power supply device having a switch for switching an input power source, a primary winding for receiving an input power by the switching, and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding to receive power from the primary winding, An insulated converter unit insulated from a secondary side region where the secondary winding and the primary side region are located; A voltage feedback unit having a secondary winding electromagnetically coupled with the secondary winding and a diode connected in series with the secondary winding, the voltage feedback unit located in the primary side region; And a control unit for controlling the switch based on at least one of first voltage information at an anode end of the diode and second voltage information at a cathode end of the diode.

Figure R1020130142601
Figure R1020130142601

Description

전원 공급 장치{POWER SUPPLY DEVICE}POWER SUPPLY DEVICE

본 발명은 PSR 방식의 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a PSR type power supply.

최근 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기가 많은 관심을 받고 있다. 따라서 이러한 모바일 기기의 배터리를 충전하기 위한 아답터(Adaptor) 장치에 대한 많은 연구 개발이 진행되고 있다. 상기 아답터(Adaptor) 장치는 이에 연결되는 각 디바이스들이 요구하는 출력 전원을 안정적으로 공급할 수 있어야 한다. 더불어, 휴대성을 극대화하기 위하여, 상기 아답터 장치는 소형화, 경량화가 요구되고 있다.Recently, mobile devices such as smart phones and tablet PCs are attracting much attention. Therefore, a lot of research and development on an adapter device for charging the battery of the mobile device is under way. The adapter device must be able to stably supply the output power required by the devices connected thereto. In addition, in order to maximize the portability, the adapter device is required to be reduced in size and weight.

한편, 상기 아답터 장치는 각 디바이스별 전력 사양에 따라 만족시켜야 하는 규제 및 전력 사양이 각각 상이하다. On the other hand, the adapter device has different regulations and power specifications to be satisfied according to the power specifications of each device.

75W 급 미만의 배터리 충전 시스템에서는 역률 및 고조파 규제가 없기 때문에, 현재의 배터리 충전 시스템에서는 안전 규제 만족을 위한 절연형 직류 변환 장치 중에서 가장 적은 소자수로 회로 구성이 가능한 플라이백 컨버터(Flyback Converter)가 많이 채택되고 있다.Since there is no power factor and harmonic regulation in the battery charging system of less than 75W class, the present battery charging system has the flyback converter that can configure the circuit with the smallest number of the insulated DC converters It is widely adopted.

그러나 점차 대기 전력 규제가 강화됨에 따라, 1차측에서 출력 전원을 간접적으로 제어하는 PSR(Primary Side Regulation) 방식의 절연형 전원 공급 장치에 대한 연구가 활성화되고 있다.However, as standby power regulation has been gradually strengthened, studies on an insulated power supply device of a PSR (Primary Side Regulation) type that indirectly controls the output power from the primary side are being actively researched.

2차측에서 출력 전원을 직접적으로 제어하는 세컨더리 사이드 레귤레이션(Secondary Side Regulation, SSR) 방식에서는 1차측으로 제어 신호를 전달하기 위한 포토 커플러(Photo Coupler) 및 OP-AMP에 구동 전류를 제공하기 위한 바이어스 저항이 존재하기 때문에 대기 전력 규제를 만족하기에 어려움이 있다.In the secondary side regulation (SSR) system which directly controls the output power from the secondary side, a photocoupler (Photo Coupler) for transmitting the control signal to the primary side and a bias resistor There is a difficulty in satisfying the standby power regulation.

PSR 방식의 전원 공급 장치는, 2차측 제어부를 생략할 수 있으므로, SSR 방식의 전원 공급 장치에 비하여 대기 전력을 만족시키기에 유리하다. 더구나 상기 PSR 방식의 전원 공급 장치는 소자수 절감, 부피 저감 효과가 높다.The power supply system of the PSR system is advantageous for satisfying the standby power as compared with the power supply system of the SSR system because the secondary control unit can be omitted. In addition, the PSR type power supply device has a high effect of reducing the number of elements and reducing the volume.

이러한 장점 때문에 PSR 방식의 전원 공급 장치에 대한 관심이 증대되고 있으며, 다양한 연구가 진행되고 있다.　Due to these advantages, there is a growing interest in PSR type power supplies and various studies are underway.

그러나 PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치는 2차측 전압을 직접적으로 검출하지 않고 1차측에 구비된 보조 권선을 통하여 간접적으로 출력 전압을 제어하기 때문에 부하 변동시 정확하게 출력 전압을 제어하기 어렵다.However, since the PSR type insulated power supply device indirectly controls the output voltage through the auxiliary winding provided on the primary side without directly detecting the secondary side voltage, it is difficult to accurately control the output voltage when the load fluctuates.

즉, PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치는 출력 부하 변동에 따른 출력 전압 레귤레이션(regulation) 특성이 좋지 않다. 예컨대, 트랜스포머의 기생 인덕턴스 성분에 저장되는 에너지가 변동함에 따라 트랜스포머의 결합도가 달라지므로, PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치에서 실질적으로 제어되고 있는 보조 권선의 출력 전압은 정확하게 제어되지만, 출력 부하가 증가됨에 따라 간접 제어가 이루어지고 있는 출력 전압은 낮아지게 된다.That is, the PSR type insulated power supply has poor output voltage regulation characteristics due to variations in output load. For example, as the energy stored in the parasitic inductance component of the transformer varies, the coupling degree of the transformer changes. Therefore, the output voltage of the auxiliary winding, which is substantially controlled in the PSR type insulated power supply, is accurately controlled. However, The output voltage at which the indirect control is performed becomes low.

한국등록특허 제10-0973758호Korean Patent No. 10-0973758

본 명세서는 출력 전압을 정확하게 제어할 수 있는 PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.The present specification is intended to provide a PSR-type insulated power supply capable of accurately controlling an output voltage.

본 명세서는 CCM 구동시에도 적용 가능한 PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치의 제어 방법을 제공하고자 한다.The present specification is intended to provide a control method of a PSR-type insulated power supply apparatus applicable to CCM driving.

본 발명의 일 양상에 따른 전원 공급 장치는 입력 전원을 스위칭하는 스위치, 상기 스위칭에 의하여 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 전자기 결합되어 상기 일차 권선으로부터 전원을 전달받는 이차 권선을 구비하며, 상기 스위치 및 상기 일차 권선이 위치하는 1차측 영역 및 상기 이차 권선이 위치하는 2차측 영역이 절연된 절연 컨버터부; 상기 이차 권선과 전자기 결합된 보조 권선 및 상기 보조 권선과 직렬 연결된 다이오드를 구비하며, 상기 1차측 영역에 위치하는 전압 피드백부; 및 상기 다이오드의 애노드 단에서의 제 1 전압 정보 및 상기 다이오드의 캐소드 단에서의 제 2 전압 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a power supply apparatus includes a switch for switching an input power source, a primary winding for receiving input power by the switching, and a secondary winding for receiving power from the primary winding by being electromagnetically coupled to the primary winding, An insulated converter unit insulated from the primary side region in which the switch and the primary winding are located and the secondary side region in which the secondary winding is located; A voltage feedback unit having a secondary winding electromagnetically coupled with the secondary winding and a diode connected in series with the secondary winding, the voltage feedback unit located in the primary side region; And a control unit for controlling the switch based on at least one of first voltage information at an anode terminal of the diode and second voltage information at a cathode terminal of the diode.

상기 제어부는, 상기 스위치의 스위칭 오프 시점으로부터 센싱 대기 시간 경과 후, 상기 제 1 전압 정보 및 제 2 전압 정보를 검출할 수 있다.The control unit may detect the first voltage information and the second voltage information after an elapse of a sensing waiting time from the switch-off time of the switch.

상기 제어부는, 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보 중 더 큰 값에 기초하여 상기 스위치를 제어할 수 있다.The control unit may control the switch based on a larger one of the first voltage information and the second voltage information.

상기 절연 컨버터부는, 상기 이차 권선과 연결된 출력 다이오드를 더 포함할 수 있다.The isolation converter unit may further include an output diode connected to the secondary winding.

상기 제어부는, 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보로부터 상기 출력 다이오드의 도통 시간을 검출하고, 센싱 대기 기간 및 다이오드 도통 시간에 기초하여 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보 중 어느 하나를 제어 정보로 선택할 수 있다.The control unit detects the conduction time of the output diode from the first voltage information and the second voltage information, and determines whether the first voltage information or the second voltage information is any one of the first voltage information and the second voltage information based on the sensing waiting period and the diode conduction time Can be selected as the control information.

상기 제어부는, 상기 출력 다이오드 도통 시간이 상기 센싱 대기 기간보다 긴 경우, 상기 제 1 전압 정보를 제어 정보로 선택할 수 있다.The control unit may select the first voltage information as control information when the output diode conduction time is longer than the sensing waiting period.

상기 전원 공급 장치는, 상기 제 1 전압 정보의 레벨이 기설정된 범위에 해당하는 경우, 제 1 전압 정보를 제어 정보로 선택할 수 있다.The power supply device may select the first voltage information as control information when the level of the first voltage information corresponds to a predetermined range.

상기 전원 공급 장치는, 상기 제 1 전압 정보의 레벨이 기설정된 범위를 벗어나는 경우, 제 2 전압 정보를 제어 정보로 선택할 수 있다.
The power supply device may select the second voltage information as control information when the level of the first voltage information is out of a preset range.

본 명세서의 개시에 의해 출력 전압을 정확하게 제어할 수 있는 PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치를 제공할 수 있다.It is possible to provide a PSR type insulated power supply device capable of accurately controlling the output voltage by the disclosure of the present specification.

본 명세서의 개시에 의해 CCM 구동시에도 적용 가능한 PSR 방식의 절연형 전원 공급 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.The disclosure of the present specification can provide a method of controlling an insulated power supply apparatus of a PSR type which is applicable to CCM driving.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 PSR 방식의 플라이백 DC/DC 컨버터의 구성도이다.
도 2는 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 정상 동작시 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 출력 부하 전류가 증가한 경우 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 출력 부하 전류가 감소한 경우 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 버스트 모드(Burst mode)시 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.1 is a configuration diagram of a flyback DC / DC converter of a PSR type according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a waveform of a main part of the PSR insulation converter.
3 is a view showing the waveform of the main part of the PSR insulation converter in normal operation.
4 is a view showing the waveform of the main portion of the PSR insulation converter when the output load current is increased.
5 is a diagram showing the waveform of the main portion of the PSR insulation converter when the output load current is reduced.
6 is a waveform diagram of a main part of a PSR insulation converter in a burst mode.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.

한편, 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에는 플라이백 컨버터를 기준으로 전원 공급 장치의 구성을 설명하기로 한다.On the other hand, for convenience of explanation, the configuration of the power supply apparatus will be described with reference to a flyback converter in this specification.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 포워드 컨버터(Forward Converter), 하프브리지 컨버터(Half-Bridge Converter), 풀브리지 컨버터(Full-Bridge Converter), 푸시풀 컨버터, 공진형 컨버터 등에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.However, the configuration according to the embodiments described herein may be applied to a forward converter, a half-bridge converter, a full-bridge converter, a push-pull converter, a resonant converter, Will be readily apparent to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 PSR 방식의 플라이백 DC/DC 컨버터의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a flyback DC / DC converter of a PSR type according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, PSR 방식의 플라이백 DC/DC 컨버터는 입력 전원부(Vin), 절연 컨버터부(100), 전압 피드백부(200), 제어부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the flyback DC / DC converter of the PSR type may include an input power source Vin, an insulation converter unit 100, a voltage feedback unit 200, and a control unit 300.

상기 입력 전원부(Vin)는 절연 컨버터부(100)에 입력 전원을 제공할 수 있다.The input power supply unit (Vin) may provide input power to the insulated converter unit (100).

상기 절연 컨버터부(100)는 입력 전원을 스위칭하는 스위치(M1), 스위칭에 의하여 입력 전원을 전달받는 일차 권선(Np), 상기 일차 권선(N1)과 전자기 결합되어 상기 일차 권선(Np)으로부터 전원을 전달받는 이차 권선(Ns)을 구비할 수 있다.The insulated converter unit 100 includes a switch M 1 for switching an input power source, a primary winding Np for receiving input power by switching, a primary coil Np for electromagnetic coupling from the primary winding Np, And a secondary winding Ns that receives power.

또, 상기 스위치(M1) 및 상기 일차 권선(Np)이 위치하는 영역을 1차측 영역이라고 정의하기로 하고, 상기 이차 권선(Ns)이 위치하는 영역을 2차측 영역이라고 정의하기로 한다. 상기 1차측 영역과 상기 2차측 영역은 절연될 수 있다.The region where the switch M 1 and the primary winding Np are positioned is defined as a primary side region and the region where the secondary winding Ns is positioned is defined as a secondary side region. The primary side region and the secondary side region may be insulated.

구체적으로 상기 스위치(M1)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식 또는 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 제어되고, 1차 전압(Vpri)의 공급을 제어할 수 있다. Specifically, the switch M 1 is controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) method or a PFM (Pulse Frequency Modulation) method, and the supply of the primary voltage Vpri can be controlled.

또, 상기 일차 권선(Np) 및 이차 권선(Ns)으로 이루어진 트랜스포머는 1차 전압(Vpri)을 1차 권선(Np) 및 2차 권선(Ns)의 권선비에 따라 2차 전압(Vsec)으로 변환할 수 있다. 이때, 상기 트랜스포머는 등가적으로 상기 1차 권선(Np)에 병렬로 연결되며 자기코어(magnetic core)의 자화(magnetization)를 나타내는 자화 인덕터 성분(LM)과, 트랜스포머(20) 자속(magnetic flux)의 누설에 의해 1차 전류(Iin) 경로상에 위치되는 누설 인덕터 성분(Llk)을 포함한다.The transformer composed of the primary winding Np and the secondary winding Ns converts the primary voltage Vpri to the secondary voltage Vsec according to the turns ratio of the primary winding Np and the secondary winding Ns can do. The transformer is equivalently connected to the primary winding Np in parallel and includes a magnetizing inductor component L M indicating the magnetization of the magnetic core and a magnetic flux And a leakage inductor component L lk that is located on the primary current (I in) path by leakage of the leakage inductor component L lk .

또, 이차 권선(Ns)의 출력측에는 2차 전압(Vsec)을 정류하는 출력 다이오드(D1)와, 상기 출력 다이오드(D1)를 통한 전압을 평활하는 출력 커패시터(C1)가 구비될 수 있다.An output diode D1 for rectifying the secondary voltage Vsec and an output capacitor C1 for smoothing the voltage through the output diode D1 may be provided on the output side of the secondary winding Ns.

상기 전압 피드백부(200)는 상기 이차 권선(Ns)과 전자기 결합된 보조 권선(Nt), 상기 보조 권선(Nt)과 직렬 연결된 보조 다이오드(D2), 상기 보조 권선(Nt)과 병렬 연결된 보조 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 전압 피드백부(200)는 1차측 영역에 위치할 수 있다.The voltage feedback unit 200 includes an auxiliary winding Nt electromagnetically coupled with the secondary winding Ns, an auxiliary diode D2 connected in series with the auxiliary winding Nt, an auxiliary capacitor Cs connected in parallel with the auxiliary winding Nt, (C2). Meanwhile, the voltage feedback unit 200 may be located in the primary side region.

한편, 상기 전압 피드백부(200)는 상기 2차 권선(Ns)과 상기 보조 권선(Nt)의 권선비에 따라 전압 정보를 획득할 수 있다.Meanwhile, the voltage feedback unit 200 may obtain voltage information according to the turns ratio of the secondary winding Ns and the auxiliary winding Nt.

상기 제어부(300)는 상기 보조 다이오드(D2)의 애노드 단에서의 제 1 전압 정보(V1) 및 상기 보조 다이오드(D2)의 캐소드 단에서의 제 2 전압 정보(V2) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 스위치(M1)를 제어할 수 있다.The control unit 300 controls the auxiliary diode D2 based on at least one of the first voltage information V1 at the anode terminal of the auxiliary diode D2 and the second voltage information V2 at the cathode terminal of the auxiliary diode D2. The switch M 1 can be controlled.

구체적으로, 상기 제어부(300)는 입력 전압 정보(Vin_sen), 입력 전류 정보(Iin_sen), 출력 전압 정보(V1 또는 V2)에 기초하여 상기 스위치(M1)을 제어할 수 있다.Specifically, the controller 300 may control the switch M 1 based on input voltage information Vin_sen, input current information Iin_sen, and output voltage information V1 or V2.

예컨대, 상기 제어부(300)는 입력 전압 정보(Vin_sen), 입력 전류 정보(Iin_sen), 출력 전압 정보(V1 또는 V2)에 기초하여 출력 전류 정보(Io)를 예측하고 상기 스위치(M1)을 제어할 수 있다. For example, the controller 300 predicts output current information Io based on the input voltage information Vin_sen, input current information Iin_sen, and output voltage information V1 or V2, and controls the switch M 1 can do.

즉, 상기 절연 컨버터부의 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Po) 간에는 에너지 보존 법칙이 적용되므로, 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Po)은 이하의 관계식을 만족한다.That is, since the energy conservation law is applied between the input power Pin and the output power Po of the insulation converter, the input power Pin and the output power Po satisfy the following relational expression.

(수학식 1)(1)

Pin=PoPin = Po

여기서, Pin은 입력 전력, Po은 출력 전력을 의미한다.Here, Pin denotes input power and Po denotes output power.

(수학식 2)(2)

Vin×Iin=Vo×IoVin × Iin = Vo × Io

여기서, Vin은 입력 전압 정보, Iin은 입력 전류 정보, Vo은 출력 전압 정보, Io은 출력 전류 정보를 의미한다.Herein, Vin denotes input voltage information, Iin denotes input current information, Vo denotes output voltage information, and Io denotes output current information.

따라서, 출력 전류 정보(Io)는 이하의 수식에 의하여 검출될 수 있다.Therefore, the output current information Io can be detected by the following equation.

Io=(Vin×Iin)/VoIo = (Vin x Iin) / Vo

즉, 상기 제어부(300)는 상기 출력 전압 정보(Vo), 입력 전류 정보(Iin), 입력 전압 정보(Vin)에 기초하여 출력 전류 정보(Io)를 획득할 수 있다.That is, the controller 300 may obtain the output current information Io based on the output voltage information Vo, the input current information Iin, and the input voltage information Vin.

상기와 같은 방식의 전원 공급 장치는 CCM(Continuous Current Mode)에서 적용 가능하다.
The power supply device of the above-described type is applicable in CCM (Continuous Current Mode).

도 2는 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a waveform of a main part of the PSR insulation converter.

도 1, 2를 참조하면, 상기 제어부(300)는 상기 스위치(M1)의 스위칭 오프 시점으로부터 센싱 대기 시간 경과 후, 제 1 전압 정보(V1)를 검출하고, 제 2 전압 정보(V2)를 검출할 수 있다. 이때, 상기 센싱 대기 시간은 사용자에 의하여 미리 설정될 수 있으며, 예컨대, 제 1 전압 정보 또는 제 2 전압 정보의 링잉(ringing) 현상이 소멸되는데 필요한 충분한 시간일 수 있다.1 and 2, the controller 300 detects the first voltage information V1 after the elapse of the sensing waiting time from the switch-off time of the switch M 1 , and outputs the second voltage information V2 Can be detected. At this time, the sensing wait time may be preset by the user, for example, may be a sufficient time for the ringing phenomenon of the first voltage information or the second voltage information to disappear.

또, 상기 제어부는 상기 제 1 전압 정보(V1) 및 상기 제 2 전압 정보(V2) 중 더 큰 값에 기초하여 상기 스위치를 제어할 수 있다. In addition, the controller may control the switch based on a larger one of the first voltage information (V1) and the second voltage information (V2).

도 2(a)는 CCM 모드에서의 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.2 (a) is a diagram showing the waveform of the main part of the PSR insulation converter in the CCM mode.

여기서, Ts는 스위치(M1) 동작의 일 주기를 의미하며, Ton은 스위치(M1)가 온 되는 구간을 의미하고, Toff는 스위치(M1)가 오프되어 에너지가 2차측으로 전달되는 구간을 의미한다. Here, Ts is a period that means one cycle of the switch (M 1) operating, Ton is a switch (M 1) is meant a section which is turned on, and Toff is a switch (M 1) is turned off energy is transmitted to the secondary side .

출력 부하가 증가된 상황에서 제 1 전압 정보(V1)에 의하여 제어부(300)가 제어되는 경우를 가정하면, 제 1 전압 정보(V1)는 일정한 레벨이 아니며, 트랜스포머의 기생 인덕턴스에 저장된 에너지가 링잉(ringing)하여 제어 레벨보다 높은 전압이 검출된다. 따라서 상대적으로 출력 전압(Vo)은 낮게 제어된다.Assuming that the control unit 300 is controlled by the first voltage information V1 in a state where the output load is increased, the first voltage information V1 is not a constant level, and the energy stored in the parasitic inductance of the transformer is ringing and a voltage higher than the control level is detected. Therefore, the output voltage Vo is controlled to be relatively low.

따라서 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(300)는 링잉(ringing) 현상이 소멸되는데 필요한 충분한 시간이 경과된 뒤에 제 1 전압 정보(V1)를 검출하고, 제 2 전압 정보(V2)를 검출할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, the controller 300 detects the first voltage information V1 after a sufficient time required for the ringing phenomenon to disappear and detects the second voltage information V2 can do.

이때, 센싱 대기 시간이 경과한 후의 센싱 시점에서 검출된 제 2 전압 정보(V2)가 제 1 전압 정보(V1)보다 크므로, 제어부(300)는 제 1 전압 정보를 제어 정보로 선택할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 제 1 전압 정보(V1) 및 제 2 전압 정보(V2) 중 제어부의 입력 신호로 사용되는 신호를 의미한다.At this time, since the second voltage information V2 detected at the sensing time after the elapse of the sensing waiting time is larger than the first voltage information V1, the controller 300 can select the first voltage information as the control information. Here, the control information means a signal used as an input signal of the control unit, among the first voltage information V1 and the second voltage information V2.

도 2(b)는 DCM 모드에서의 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 2 (b) is a diagram showing waveforms of the main portion of the PSR insulation converter in the DCM mode.

여기서, Toff_1는 스위치(M1)가 오프되고 출력 다이오드(D1)가 도통되는 구간을 의미하며, Toff_2는 스위치(M1)가 오프되고 출력 다이오드(D1)가 도통되지 않는 구간을 의미하며Here, Toff_1 the switch (M 1) and is off and the mean period in which the output diode (D1) conducting, Toff_2 is a switch (M 1) and the off-interval means that the output diode (D1) does not conduct, and

출력 부하가 감소된 상황 또는 무부하 상황에서 제 1 전압 정보(V1)에 의하여 제어부(300)가 제어되는 경우를 가정하면, 출력 다이오드(D1)가 도통하는 시간이 매우 짧은 기간이므로 정확한 출력 전압의 검출이 힘들다.Assuming that the control unit 300 is controlled by the first voltage information V1 in a situation where the output load is reduced or in a no-load state, since the time during which the output diode D1 conducts is very short, This is hard.

다만, 이 경우에는 부하가 작거나 없으므로, 트랜스포머의 기생 인덕턴스에 저장되는 에너지가 매우 작아 전압 정보에 링잉(ringing) 현상이 발생하지는 않는다.In this case, however, since the load is small or absent, the energy stored in the parasitic inductance of the transformer is very small, so that the ringing phenomenon does not occur in the voltage information.

한편, 본 실시예에서는 센싱 시점에서 제 1 전압 정보(V1)가 매우 작아 제어부의 제어 신호로 사용되기에 부적절하므로, 제어부(300)는 제 1 전압 정보(V1)보다 큰 제 2 전압 정보(V2)를 제어 정보로 선택할 수 있다.In this embodiment, since the first voltage information V1 is very small at the sensing time point and is not suitable for use as a control signal of the control unit, the controller 300 may generate second voltage information V2 that is larger than the first voltage information V1 Can be selected as the control information.

즉, 상기 제어부(300)는 상기 스위치(M1)의 스위칭 오프 시점으로부터 센싱 대기 시간 경과한 후, 제 1 전압 정보(V1)를 검출하고 제 2 전압 정보(V2)를 검출하며, 상기 제 1 전압 정보(V1) 및 상기 제 2 전압 정보(V2) 중 더 큰 값에 기초하여 상기 스위치를 제어함으로써 부하 변동에 무관하게 일정한 출력 전압을 얻을 수 있다.That is, the control unit 300 detects the first voltage information V1 and detects the second voltage information V2 after the elapse of the sensing waiting time from the switching-off time of the switch M 1 , It is possible to obtain a constant output voltage regardless of the load variation by controlling the switch based on a larger one of the voltage information V1 and the second voltage information V2.

도 3은 정상 동작시 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the waveform of the main part of the PSR insulation converter in normal operation.

도 3은 정상 동작을 보장하는 일정 부하 조건에서 출력 전압 검출 시점에서의 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타내고 있다.FIG. 3 shows the waveform of the main portion of the PSR insulation converter at the time of output voltage detection under a constant load condition ensuring normal operation.

도 1, 3을 참조하면, 플라이백 컨버터에서 2차측 다이오드(D1)에 흐르는 전류(ID)의 평균 전류는 부하에 공급되는 출력 전류(IO)의 평균과 동일하다. 또, 전압 피드백부(200)에 인가되는 전압(Vo×Nt/Ns)은 출력 전압(Vo)과 보조 권선비(Nt/Ns)에 의하여 결정될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3, the average current of the current I D flowing in the secondary side diode D 1 in the flyback converter is equal to the average of the output current I O supplied to the load. The voltage Vo × Nt / Ns applied to the voltage feedback unit 200 may be determined by the output voltage Vo and the auxiliary winding ratio Nt / Ns.

따라서, 상기 제어부(300)는 전압 피드백부(200)에 인가되는 전압을 통하여 2차측 출력 전압(Vo)을 간접적으로 인식하여 제어할 수 있다.Therefore, the controller 300 can indirectly recognize and control the secondary output voltage Vo through the voltage applied to the voltage feedback unit 200. [

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 제어부(300)는 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보로부터 상기 출력 다이오드의 도통 시간을 검출할 수 있다. 여기서는, Toff로 표시된 구간이 출력 다이오드의 도통 시간일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller 300 may detect the conduction time of the output diode from the first voltage information and the second voltage information. Here, the period indicated by Toff may be the conduction time of the output diode.

또, 상기 제어부(300)는 센싱 대기 기간 및 다이오드 도통 시간에 기초하여 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보 중 어느 하나를 제어 정보로 선택할 수 있다. Also, the controller 300 may select one of the first voltage information and the second voltage information as control information based on the sensing waiting period and the diode conduction time.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 출력 다이오드 도통 시간이 상기 센싱 대기 기간(a)보다 긴 경우, 상기 제 1 전압 정보(V1)를 제어 정보로 선택할 수 있다.More specifically, the control unit may select the first voltage information (V1) as control information when the output diode conduction time is longer than the sensing waiting period (a).

한편, 도 3에 도시된 경우에는 제 1 전압 정보(V1)와 제 2 전압 정보(V2)의 차이가 거의 없다.
3, there is little difference between the first voltage information V1 and the second voltage information V2.

도 4는 출력 부하 전류가 증가한 경우 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.4 is a view showing the waveform of the main portion of the PSR insulation converter when the output load current is increased.

도 4는 도 3에 도시된 일정 부하 조건에서 PSR 절연 컨버터가 정상 동작을 하다가 출력 부하 전류가 갑자기 증가한 경우를 나타내고 있다.FIG. 4 shows a case where the PSR insulation converter operates normally under the constant load condition shown in FIG. 3, and the output load current suddenly increases.

출력 부하 전류가 갑자기 증가하는 경우, 트랜스포머의 2차측 누설 인덕턴스에 저장된 에너지가 증가하고, 이 에너지에 의하여 제 1 전압 정보(V1)의 링잉(ringing)이 증가하게 된다. 이때, 증가된 링잉(ringing)에 의한 에너지(Vx)가 전압 피드백부(200)의 커패시터(C2)에 저장되고, 이는 제 2 전압 정보(V2)를 증가시킬 수 있다.When the output load current suddenly increases, the energy stored in the leakage inductance of the secondary side of the transformer increases, and the ringing of the first voltage information V1 is increased by this energy. At this time, the energy Vx due to the increased ringing is stored in the capacitor C2 of the voltage feedback unit 200, which can increase the second voltage information V2.

따라서 정확한 출력 전압 검출을 위해서는 2차측 누설 인덕턴스가 적도록 트랜스포머가 설계될 필요가 있다. 이 경우 제 1 전압 정보(V1), 제 2 전압 정보(V2)의 변동이 적어질 수 있다.Therefore, for accurate output voltage detection, the transformer needs to be designed to have low secondary leakage inductance. In this case, variations of the first voltage information V1 and the second voltage information V2 can be reduced.

또, 전압 피드백부(200)의 커패시터(C2)의 용량을 적절히 작게 설계하는 경우, 링잉에 의한 에너지(Vx)가 적절히 소비될 수 있다.In addition, when the capacity of the capacitor C2 of the voltage feedback unit 200 is designed to be appropriately small, the energy Vx due to ringing can be appropriately consumed.

즉, 링잉에 의한 에너지(Vx)가 크게 발생되더라도, 누설 인덕턴스 값과 커패시턴스 용량에 의해 제 1 전압 정보(V1), 제 2 전압 정보(V2)의 변동이 적어질 수 있다.That is, even if the energy Vx due to ringing is largely generated, variations in the first voltage information V1 and the second voltage information V2 can be reduced by the leakage inductance value and the capacitance capacity.

도 5는 출력 부하 전류가 감소한 경우 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing the waveform of the main portion of the PSR insulation converter when the output load current is reduced.

출력 다이오드(D1)가 부하 전류 양에 따라 충분히 도통하여 전압 피드백부(200)의 제 1 전압 정보(V1)에 의하여 정확한 검출이 이루어지다가, 출력 부하 전류(Io)가 감소할 수 있다. 이때, 도 1, 5를 참조하면, 부하 전류가 적어 출력 다이오드(D1)의 도통 시간이 줄어들 수 있다.The output diode D1 is sufficiently conducted in accordance with the amount of the load current so that accurate detection can be performed by the first voltage information V1 of the voltage feedback unit 200 and the output load current Io can be reduced. Referring to FIGS. 1 and 5, since the load current is small, the conduction time of the output diode D1 can be reduced.

본 실시예에서는, 상기 출력 다이오드 도통 시간이 상기 센싱 대기 기간보다 긴 경우, 상기 제어부(300)는 상기 제 1 전압 정보(V1)를 제어 정보로 선택할 수 있다.In this embodiment, when the output diode conduction time is longer than the sensing standby period, the controller 300 may select the first voltage information V1 as control information.

도 6은 버스트 모드(Burst mode)시 PSR 절연 컨버터 주요부의 파형을 나타낸 도면이다.6 is a waveform diagram of a main part of a PSR insulation converter in a burst mode.

도 6은 출력 전류(Io)가 무부하 또는 일정부하 조건(예컨대, 기설정된 Burst mode 레벨) 이하에서의 출력 전압의 검출 파형을 나타내고 있다.6 shows a detection waveform of the output voltage at an output current Io under a no-load or constant-load condition (for example, a predetermined Burst mode level).

출력 부하가 무부하인 경우, 트랜스포머 1차측에서 2차측으로 전달되는 에너지는 없으며, 이에 따라 출력 전압(Vo)의 증가를 막기 위하여 전원 공급 장치는 버스트 모드로 제어될 수 있다.When the output load is unloaded, there is no energy transferred from the transformer primary to the secondary, and thus the power supply can be controlled in burst mode to prevent an increase in the output voltage Vo.

버스트 모드의 경우, 부하 전류(Io)는 회로 내의 기생 성분에 의한 아주 작은 전류 성분만을 포함하며, 이에 따라 출력 다이오드(D1)의 도통 시간은 매우 짧다.In the burst mode, the load current Io contains only very small current components due to parasitic components in the circuit, and therefore the conduction time of the output diode D1 is very short.

이 경우, 전압 피드백부(300)의 제 1 전압 정보(V1)의 검출이 힘들기 때문에, 본 실시예에서는 제 2 전압 정보(V2)가 제어 정보로 선택될 수 있다.In this case, since it is difficult to detect the first voltage information V1 of the voltage feedback unit 300, the second voltage information V2 may be selected as the control information in this embodiment.

즉, 본 실시예에서는, 상기 출력 다이오드 도통 시간이 상기 센싱 대기 기간보다 짧으므로, 상기 제어부(300)는 상기 제 2 전압 정보(V2)를 제어 정보로 선택할 수 있다.That is, in the present embodiment, since the output diode conduction time is shorter than the sensing standby period, the controller 300 can select the second voltage information V2 as control information.

한편, 본 실시에에서는 부하 전류가 매우 적으므로 누설 인덕턴스에 의한 링잉은 거의 발생하지 않는다. 이에 따라 제 1 전압 정보(V1)와 제 2 전압 정보(V2)의 레벨은 거의 유사할 수 있다.
On the other hand, in this embodiment, since the load current is very small, the ringing due to the leakage inductance hardly occurs. Accordingly, the levels of the first voltage information V1 and the second voltage information V2 may be substantially similar.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 센싱 시점에서 제어부(300)가 제 1 전압 정보(V1)를 검출하는 것이 불가능한 경우, 상기 제어부(300)는 상기 제 2 전압 정보(V2)를 제어 정보로 선택할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when it is impossible for the controller 300 to detect the first voltage information V1 at the sensing time, the controller 300 controls the second voltage information V2 to be the control information .

예컨대, 제어부(300)는 제 1 전압 정보(V1)를 제어 정보로 선택하기 위한 일정한 레벨을 설정해두고, 제 1 전압 정보(V1)의 레벨이 기설정된 상기 레벨 내의 범위에 해당하는 경우, 제 1 전압 정보(V1)를 제어 정보로 선택할 수 있다. For example, the controller 300 sets a predetermined level for selecting the first voltage information V1 as the control information, and when the level of the first voltage information V1 falls within the predetermined level, The voltage information V1 can be selected as the control information.

또, 상기 제어부(300)는 제 1 전압 정보(V1)의 레벨이 기설정된 상기 레벨 내의 범위에 해당하지 않는 경우, 제 2 전압 정보(V2)를 제어 정보로 선택할 수 있다.The controller 300 may select the second voltage information V2 as the control information when the level of the first voltage information V1 does not fall within the predetermined level range.

앞서 설명한 바와 같이, 누설 인덕턴스가 매우 작고, 보조 커패시터(C2)의 커패시턴스가 출력 커패시터(C1)의 커패시턴스보다 매우 작은 경우, 제 1 전압 저보(V1)와 제 2 전압 정보(V2)의 레벨은 거의 유사하다.As described above, when the leakage inductance is very small and the capacitance of the auxiliary capacitor C2 is much smaller than the capacitance of the output capacitor C1, the levels of the first voltage reference V1 and the second voltage information V2 are almost similar.

다만, 버스트 모드 진입 시에, 제어부(300)가 제 1 전압 정보(V1)를 인식하지 못하는 경우가 발생하므로, 상기와 같은 방법에 의하여 제어부(300)가 제 2 전압 정보(V2)를 인식할 수 있다.However, when the controller 300 enters the burst mode, the controller 300 does not recognize the first voltage information V1. Therefore, the controller 300 recognizes the second voltage information V2 by the above- .

본 실시예에 의하면, 상기 제어부(300)는 부하 변동에 따른 전 영역에서 출력 전압을 안정적으로 제어할 수 있다.According to the present embodiment, the control unit 300 can stably control the output voltage in the entire region according to the load variation.

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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 절연 컨버터부
200 : 전압 피드백부
300 : 제어부100: Insulation converter section
200:
300:

Claims (8)

입력 전원을 스위칭하는 스위치, 상기 스위칭에 의하여 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 전자기 결합되어 상기 일차 권선으로부터 전원을 전달받는 이차 권선을 구비하며, 상기 스위치 및 상기 일차 권선이 위치하는 1차측 영역과 상기 이차 권선이 위치하는 2차측 영역이 절연된 절연 컨버터부;
상기 이차 권선과 전자기 결합된 보조 권선 및 상기 보조 권선과 직렬 연결된 다이오드를 구비하며, 상기 1차측 영역에 위치하는 전압 피드백부; 및
상기 다이오드의 애노드 단에서의 제 1 전압 정보 및 상기 다이오드의 캐소드 단에서의 제 2 전압 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 스위치를 제어하고, 상기 스위치의 스위칭 오프 시점으로부터 센싱 대기 시간 경과 후, 상기 제 1 전압 정보 및 제 2 전압 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 전원 공급 장치.A switch for switching an input power source, a primary winding receiving an input power by the switching, and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding to receive power from the primary winding, wherein the switch and the primary winding An insulation converter unit insulated from a secondary side region where the secondary side winding and the secondary side winding are located;
A voltage feedback unit having a secondary winding electromagnetically coupled with the secondary winding and a diode connected in series with the secondary winding, the voltage feedback unit located in the primary side region; And
Wherein the control unit controls the switch based on at least one of the first voltage information at the anode end of the diode and the second voltage information at the cathode end of the diode, and after elapse of the sensing waiting time from the switch- 1 voltage information and second voltage information. 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보 중 더 큰 값에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 전원 공급 장치.The apparatus of claim 1,
And controls the switch based on a larger one of the first voltage information and the second voltage information. 제1 항에 있어서, 상기 절연 컨버터부는,
상기 이차 권선과 연결된 출력 다이오드를 더 포함하는 전원 공급 장치.The battery pack according to claim 1,
And an output diode coupled to the secondary winding. 제4 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보로부터 상기 출력 다이오드의 도통 시간을 검출하고,
센싱 대기 기간 및 다이오드 도통 시간에 기초하여 상기 제 1 전압 정보 및 상기 제 2 전압 정보 중 어느 하나를 제어 정보로 선택하는 전원 공급 장치.5. The apparatus of claim 4,
Detecting conduction time of the output diode from the first voltage information and the second voltage information,
Wherein the control unit selects one of the first voltage information and the second voltage information as the control information based on the sensing waiting period and the diode conduction time. 제5 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 출력 다이오드 도통 시간이 상기 센싱 대기 기간보다 긴 경우, 상기 제 1 전압 정보를 제어 정보로 선택하는 전원 공급 장치.6. The apparatus of claim 5,
And selects the first voltage information as control information when the output diode conduction time is longer than the sensing waiting period. 제1 항에 있어서,
상기 제 1 전압 정보의 레벨이 기설정된 범위에 해당하는 경우, 제 1 전압 정보를 제어 정보로 선택하는 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
And selects the first voltage information as control information when the level of the first voltage information corresponds to a predetermined range. 제1 항에 있어서,
상기 제 1 전압 정보의 레벨이 기설정된 범위를 벗어나는 경우, 제 2 전압 정보를 제어 정보로 선택하는 전원 공급 장치.
The method according to claim 1,
And selects the second voltage information as control information when the level of the first voltage information is out of a predetermined range.
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