KR102365592B1 - 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 하나 이상의 스위칭 소자, 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는지 검출하는 과전류 검출 회로 및 과전류 검출 회로의 검출 결과에 따라 전압값을 조절하여 출력하는 출력 회로를 포함하는 전력 변환 회로, 출력 회로와 연결되며, 출력 회로의 출력 전압값에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되는 보호 스위칭 소자, 보호 스위칭 소자와 연결되며, 보호 스위칭 소자의 출력 전압값에 따라 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로를 포함한다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERTING APPARATUS}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다.

전력 변환 장치는 직류 전력을 교류 전력으로 또는 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸기 위한 전기적 장치이다. 이와 같은 전력 변환 장치는 하나 이상의 스위칭 소자 및 이를 구동하기 위한 구동 회로를 포함하는 전력 변환 회로를 통해 전력을 변환한다.

이와 같은 전력 변환 회로는 일반적으로 칩(chip) 형태로 제작되며, 칩에 포함된 각각의 핀(pin)을 통해 제어 회로 등과 같은 전력 변환 장치의 다른 회로들과 연결된다. 이때 전력 변환 회로의 크기를 최소화시키기 위하여, 전력 변환 회로에 포함된 각각의 핀들은 매우 좁은 간격을 가지도록 제작된다.

이와 같이 설계된 상황에서, 양산 과정의 불량, 습기로 인한 이슬 맺힘 등과 같은 원인으로 인하여, 전력 변환 회로에 포함된 각각의 핀들 간에 단락(short)되는 문제가 발생한다. 예를 들어, 제어 회로와 연결된 전력 변환 회로의 핀이 높은 전압을 가지는 핀과 단락되면, 제어 회로에 예상치 못한 높은 전압이 인가됨에 따라 제어 회로가 과열되어 고장 날 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 장치의 일 실시예가 등록특허 KR 10-0415258에 개시된다.

그러나 상기 등록특허에 따른 장치는 제너 다이오드(zener diode)를 이용하여 과전압을 제거하는 방법을 이용하나, 제너 다이오드를 이용하여 과전압을 제거하면 전력 소모가 크게 되는 문제가 발생한다. 또한, 제너 다이오드는 단순히 전력 변환 회로의 출력 전압을 낮추기 때문에, 전력 변환 회로의 출력 전압값과 제어 회로가 감지하는 전압값 차이를 조절할 수 없다.

따라서 보다 적은 전력을 소모함과 동시에 전력 변환 회로의 출력 전압값과 제어 회로가 감지하는 전압값의 차이를 조절할 수 있는 장치의 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은 전력 변환 회로에 포함된 핀들이 단락 되더라도 제어 회로에 과전압이 공급되지 않도록 하는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 제어 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지하기 위하여 소모되는 전력이 적은 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 전력 변환 회로의 출력 전압값과 제어 회로가 감지하는 전압값의 차이를 조절할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에서 전력 변환 장치에 포함된 전력 변환 회로는 보호 스위칭 소자를 통해 제어 회로와 연결될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면 적은 전력을 소모하면서 제어 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 변환 장치는 하나 이상의 스위칭 소자, 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는지 검출하는 과전류 검출 회로 및 상기 과전류 검출 회로의 검출 결과에 따라 전압값을 조절하여 출력하는 출력 회로를 포함하는 전력 변환 회로, 상기 출력 회로와 연결되며, 상기 출력 회로의 출력 전압값에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되는 보호 스위칭 소자 및 상기 보호 스위칭 소자와 연결되며, 상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값에 따라 상기 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로를 포함한다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 스위칭 소자의 제1 단은 상기 출력 회로에 연결되고, 상기 보호 스위칭 소자의 제2 단은 전압 공급 회로에 연결되고, 상기 보호 스위칭 소자의 제3 단은 상기 제어 회로에 연결된다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 출력 회로는 상기 과전류 검출 회로에 의해 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르지 않는 것으로 검출되면, 상기 출력 회로의 출력 전압값이 미리 설정된 제1 전압값 이상이 되도록 조절하고, 상기 과전류 검출 회로에 의해 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 검출되면, 상기 출력 회로의 출력 전압값이 상기 제1 전압값 미만이 되도록 조절한다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 스위칭 소자에 상기 제1 전압값 이상의 전압이 인가되면, 상기 보호 스위칭 소자는 턴-온 되고, 상기 보호 스위칭 소자에 상기 제1 전압값 미만의 전압이 인가되면, 상기 보호 스위칭 소자는 턴-오프 된다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어 회로는 상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값 이상이면, 상기 전력 변환 회로가 계속 동작하도록 제어하고, 상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값 미만이면, 상기 전력 변환 회로가 동작을 중단하도록 제어한다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 스위칭 소자는 상기 출력 회로의 출력 전압이 상기 제어 회로로 직접 인가되는 것을 방지한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 보호 스위칭 소자를 이용하여, 전력 변환 회로에 포함된 핀들이 단락 되더라도 제어 회로에 과전압이 공급되지 않도록 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 제너 다이오드가 아닌 보호 스위칭 소자를 이용하여, 제어 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지하기 때문에 소모되는 전력이 적은 장점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 보호 스위칭 소자를 이용하여 전력 변환 회로의 출력 전압값과 제어 회로가 감지하는 전압값의 차이를 조절할 수 있는 장점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 회로를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 회로에 포함된 출력 회로의 출력 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 전력 변환 장치에 사용될 수 있는 제너 다이오드의 특성을 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 스위칭 소자로 사용될 수 있는 트랜지스터의 특성을 나타낸 표이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 변환 장치를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 전력 변환 회로(110), 보호 스위칭 소자(120) 및 제어 회로(130)를 포함한다.

전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 스위칭 소자, 과전류 검출 회로 및 출력 회로를 포함한다. 또한 전력 변환 회로는 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 전력 변환 회로의 보다 상세한 구조는 도 2 및 도 3을 이용하여 후술하도록 한다.

하나 이상의 스위칭 소자는 구동 회로로부터 수신한 스위칭 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 된다. 이때 하나 이상의 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

과전류 검출 회로는 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는지 검출한다. 즉, 과전류 검출 회로는 하나 이상의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류값에 따라 다른 전압값을 출력할 수 있다.

출력 회로는 과전류 검출 회로의 검출 결과에 따라 전압값을 조절하여 출력한다. 즉, 출력 회로는 과전류 검출 회로로부터 출력된 전압값에 따라 전압값을 조절하여 출력한다.

보다 상세히, 출력 회로는 과전류 검출 회로에 의해 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르지 않는 것으로 검출되면, 출력 회로의 출력 전압값이 미리 설정된 제1 전압값 이상이 되도록 조절할 수 있다. 즉, 출력 회로는 과전류 검출 회로로부터 출력된 전압값이 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르지 않는 경우의 전압값이면, 미리 설정된 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 이상의 전압을 출력할 수 있다.

또한, 출력 회로는 과전류 검출 회로에 의해 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 검출되면, 출력 회로의 출력 전압값이 미리 설정된 제1 전압값 미만이 되도록 조절할 수 있다. 즉, 출력 회로는 과전류 검출 회로로부터 출력된 전압값이 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 경우의 전압값이면, 미리 설정된 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 미만의 전압을 출력할 수 있다.

구동 회로는 하나 이상의 스위칭 소자에 스위칭 신호를 인가한다. 이때 스위칭 신호는 스위칭 회로에 포함된 하나 이상의 스위칭 소자의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 이때 구동 회로는 제어 회로(130)로부터 하나 이상의 스위칭 소자가 턴-온 또는 턴-오프 되는 주기, 턴-온 되는 시간과 턴-오프 되는 시간의 비율 등을 수신하고, 이에 따라 스위칭 신호를 생성하여 하나 이상의 스위칭 소자에 인가할 수 있다.

보호 스위칭 소자(120)는 전력 변환 회로(110)에 포함된 출력 회로와 연결되며, 출력 회로의 출력 전압값에 따라 턴-온 또는 턴-오프 된다. 보호 스위칭 소자(120)의 보다 상세한 구조 및 연결 방법은 도 2를 이용하여 후술하도록 한다.

보호 스위칭 소자(120)는 출력 회로에 의해 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 이상의 전압이 인가되면, 턴-온 될 수 있다. 또한 보호 스위칭 소자(120)는 출력 회로에 의해 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 미만의 전압이 인가되면, 턴-오프 될 수 있다.

보호 스위칭 소자(120)는 이와 같이 턴-온 또는 턴-오프 됨으로써, 전력 변환 회로(110)의 출력 회로의 출력 전압이 제어 회로(130)로 직접 인가되는 것을 방지한다.

제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)와 연결되며, 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값에 따라 전력 변환 회로(110)를 제어한다.

보다 상세히, 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값(예를 들어, 1.5V) 이상이면, 전력 변환 회로(110)가 계속 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값(예를 들어, 1.5V) 미만이면, 전력 변환 회로(110)가 동작을 중단하도록 제어할 수 있다.

이와 같은 제어 회로(130)는 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors)중 적어도 하나를 포함하는 물리적인 요소를 포함하여 구현될 수 있다.

이와 같은 전력 변환 장치(100)의 보다 상세한 구조 및 동작은 도 2를 이용하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 전력 변환 회로(110), 보호 스위칭 소자(120) 및 제어 회로(130)를 포함한다.

전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 스위칭 소자, 과전류 검출 회로 및 출력 회로를 포함한다. 또한 전력 변환 회로는 구동 회로를 더 포함할 수 있다.

이때 전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 스위칭 소자, 과전류 검출 회로, 출력 회로 및 구동 회로를 포함하는 칩(chip) 형태로 이루어질 수 있다. 이아 같이 칩 형태로 이루어진 전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 핀(pin)을 포함한다. 전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 핀을 통해서 다른 회로로부터 전압을 공급받거나, 다른 회로로 전압을 출력 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전력 변환 회로(110)는 출력 회로의 출력 전압을 출력 핀(115)을 통해 출력할 수 있다. 또한, 전력 변환 회로(110)는 정전압 공급 핀(116)을 통해 외부로부터 정전압을 공급받을 수 있다.

전력 변환 회로(110)의 보다 상세한 구조 및 동작은 도 3을 이용하여 보다 상세히 설명될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 회로를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 전력 변환 회로(110)는 하나 이상의 스위칭 소자(111), 과전류 검출 회로(112), 출력 회로(113) 및 구동 회로(114)를 포함한다.

하나 이상의 스위칭 소자(111)는 구동 회로(114)로부터 수신한 스위칭 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 된다. 본 발명의 일 실시예에서 하나 이상의 스위칭 소자(111)는 도 3에 도시된 바와 같이 총 여섯 개의 스위칭 소자가 두 개씩 짝을 이루며 세 개의 레그(leg)를 형성하는 인버터 회로 일 수 있다.

이와 같이 하나 이상의 스위칭 소자(111)는 구동 회로(114)로부터 수신한 스위칭 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되며, 인가되는 전압을 변환하여 출력할 수 있다.

과전류 검출 회로(112)는 하나 이상의 스위칭 소자(111)로부터 출력되는 전류를 감지할 수 있다. 그리고 과전류 검출 회로(112)는 감지된 전류값에 따라 다른 전압값을 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 과전류 검출 회로(112)는 복수 개의 저항이 병렬로 연결된 구조일 수 있으며, 과전류 검출 회로(112)에 포함된 저항 및 과전류 검출 회로(112)와 병렬로 연결된 저항의 저항값에 비례하여 전류를 분배하고, 그에 따라 다른 전압값을 출력할 수 있다.

출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)의 검출 결과에 따라 전압값을 조절하여 출력한다. 즉, 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)로부터 출력된 전압값에 따라 전압값을 조절하여 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 출력 회로(113)는 복수 개의 커패시터 및 저항을 포함하는 RC 회로 일 수 있다. 이와 같이 출력 회로(113)는 RC 회로를 통해 전압값을 조절하고, 출력 전압을 출력 핀(115)을 통해 출력할 수 있다.

이때 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)에 의해 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르지 않는 것으로 검출되면, 출력 회로(113)의 출력 전압값이 미리 설정된 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 이상이 되도록 조절할 수 있다. 즉, 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)로부터 출력된 전압값이 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 과전류가 흐르지 않는 경우의 전압값이면, 제1 전압값 이상의 전압(예를 들어, 5V의 전압값을 가지는 전압)을 출력할 수 있다. 이때 제1 전압값 이상의 전압은 출력 핀(115)을 통해 보호 스위칭 소자(120)에 공급될 수 있다.

또한, 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)에 의해 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 과전류가 흐르는 것으로 검출되면, 출력 회로(113)의 출력 전압값이 제1 전압값(예를 들어, 1.9V) 미만이 되도록 조절할 수 있다. 즉, 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)로부터 출력된 전압값이 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 과전류가 흐르는 경우의 전압값이면, 제1 전압값 미만의 전압(예를 들어, 0V의 전압값을 가지는 전압)을 출력할 수 있다. 이때 제1 전압값 미만의 전압은 출력 핀(115)을 통해 보호 스위칭 소자(120)에 공급될 수 있다.

구동 회로(114)는 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 스위칭 신호를 인가한다. 본 발명의 일 실시예에서 구동 회로(114)는 도 3에 도시된 바와 같이 총 여섯 개의 스위칭 소자 각각에 스위칭 신호를 인가할 수 있다. 이때 구동 회로(114)는 제어 회로(130)로부터 총 여섯 개의 스위칭 소자 각각이 턴-온 또는 턴-오프 되는 주기, 턴-온 되는 시간과 턴-오프 되는 시간의 비율 등을 수신하고, 이에 따라 스위칭 신호를 생성하여 총 여섯 개의 스위칭 소자에 인가할 수 있다.

정리하면, 전력 변환 회로(110)는 구동 회로(114)에 의해 생성되어 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 인가되는 스위칭 신호에 따라, 하나 이상의 스위칭 소자(111)가 턴-온 또는 턴-오프 되며, 인가되는 전압을 변환하여 출력한다. 이때 과전류 검출 회로(112)는 하나 이상의 스위칭 소자(111)로부터 출력되는 전류를 감지하고, 감지된 전류값에 따라 다른 전압값을 출력하고, 출력 회로(113)는 과전류 검출 회로(112)로부터 출력된 전압값에 따라 전압값(예를 들어, 5V 또는 0V)을 조절하여 출력한다.

다시 도 2로 돌아와서, 보호 스위칭 소자(120)는 전력 변환 회로(110)와 연결된다. 이때 보호 스위칭 소자(120)는 전력 변환 회로(110)에 포함된 출력 회로(113)와 출력 핀(115)을 통해 연결될 수 있다. 그리고 보호 스위칭 소자(120)는 출력 핀(115)을 통해 인가된 출력 회로(113)의 출력 전압값에 따라 턴-온 또는 턴-오프 된다.

이와 같은 보호 스위칭 소자(120)의 제1 단은 출력 회로(113)와 연결된다. 그리고 보호 스위칭 소자(120)의 제2 단은 전압 공급 회로(140)에 연결된다. 그리고 보호 스위칭 소자(120)의 제3 단은 제어 회로(130)에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서 보호 스위칭 소자(120)는 트랜지스터일 수 있다. 이때 보호 스위칭 소자(120)의 제1 단은 트랜지스터의 베이스일 수 있다. 그리고 보호 스위칭 소자(120)의 제2 단은 트랜지스터의 콜렉터일 수 있다. 그리고 보호 스위칭 소자(120)의 제3 단은 트랜지스터의 에미터일 수 있다.

이때 보호 스위칭 소자(120)의 제1 단을 통해서 제1 전압값 이상의 전압(예를 들어, 5V)이 인가되면, 보호 스위칭 소자(120)는 턴-온 된다. 이와 같이 보호 스위칭 소자(120)가 턴-온 되면, 보호 스위칭 소자(120)는 전압 공급 회로(140)로부터 공급 받은 전압을 출력 전압으로 출력한다. 이때 전압 공급 회로(140)는 일정한 크기를 가지는 전압(예를 들어, 5V)을 출력하는 회로일 수 있다. 즉, 보호 스위칭 소자(120)가 턴-온 되면, 일정한 크기를 가지는 전압(예를 들어, 5V)이 제어 회로(130)로 출력 된다.

그리고 보호 스위칭 소자(120)의 제1 단을 통해서 제1 전압값 미만의 전압(예를 들어, 0V)이 인가되면, 보호 스위칭 소자(120)는 턴-오프 된다. 이와 같이 보호 스위칭 소자(120)가 턴-오프 되면, 보호 스위칭 소자(120)는 그라운드와 연결된 저항(150)으로부터 공급 받은 0V의 전압을 출력 전압으로 출력한다.

이때 보호 스위칭 소자(120)는 턴-온 또는 턴-오프 되는 전압값이 제1 전압값과 동일한 소자일 수 있다. 이를 통해 전력 변환 회로(110)의 출력 전압값과 제어 회로(130)가 감지하는 전압값이 다르더라도, 전력 변환 장치(100)가 오동작하지 않도록 할 수 있다.

제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)와 연결된다. 이때 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 제3 단과 연결된다. 그리고 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값에 따라 전력 변환 회로(110)를 제어한다.

이때 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값(예를 들어, 1.5V) 이상이면, 전력 변환 회로(110)가 계속 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 보호 스위칭 소자(120)에 제1 전압값 이상의 전압(예를 들어, 5V)이 인가되어, 일정한 크기를 가지는 전압(예를 들어, 5V)이 제어 회로(130)에 인가되면, 제어 회로(130)는 전력 변환 회로(110)에 포함된 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 과전류가 흐르지 않는 것으로 판단하여, 전력 변환 회로(110)가 계속 동작하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어 회로(130)는 보호 스위칭 소자(120)의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값(예를 들어, 1.5V) 미만이면, 전력 변환 회로(110)가 동작을 중단하도록 제어할 수 있다. 즉, 보호 스위칭 소자(120)에 제1 전압값 미만의 전압(예를 들어, 0V)이 인가되어, 그라운드와 연결된 저항(150)으로부터 공급 받은 0V의 전압이 제어 회로(130)에 인가되면, 제어 회로(130)는 전력 변환 회로(110)에 포함된 하나 이상의 스위칭 소자(111)에 과전류가 흐르는 것으로 판단하여, 전력 변환 회로(110)가 동작을 중단하도록 제어할 수 있다.

이와 같이 제어 회로(130)에는 전력 변환 회로(110)의 출력 회로(113)로부터 출력되는 전압이 직접 인가되지 않고, 보호 스위칭 소자(120)를 통해서 전압 공급 회로(140)로부터 인가되는 일정한 크기를 가지는 전압 또는 그라운드와 연결된 저항(150)으로부터 공급 받은 0V의 전압이 공급된다. 따라서 전력 변환 회로(110)의 출력 핀(115)이 정전압 공급 핀(116)과 양산 과정의 불량, 습기로 인한 이슬 맺힘 등과 같은 원인으로 인하여 단락되더라도, 과도한 전압이 제어 회로(130)로 직접 인가되는 것을 방지한다.

또한 보호 스위칭 소자(120)를 통해 전력 변환 회로(110)의 출력 회로(113)로부터 출력되는 전압이 변환되어 인가되므로, 제1 전압값과 제2 전압값이 다르게 설정되더라도, 제1 전압값과 보호 스위칭 소자(120)가 턴-온 또는 턴-오프 되는 전압값을 같게 함으로써, 제어 회로(130)가 오동작하지 않도록 할 수 있다. 이와 같은 효과는 도 4를 통해 보다 상세히 설명될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 회로에 포함된 출력 회로의 출력 전압을 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 시간에 따라 출력 회로(113)의 출력 전압을 변화시키며 나타낸 그래프를 확인할 수 있다. 이때 출력 전압값은 제1 전압값 이상의 전압값(예를 들어, 5V의 전압값)이다가, 제1 전압값 미만의 전압값(예를 들어, 0V의 전압값)으로 변경되고 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이때 제1 전압값이 1.9V(B)이고, 제2 전압값이 1.5V(A)인 상황에서 출력 회로(113)의 출력 전압이 제어 회로(130)로 직접 인가되면, 제어 회로(130)는 출력 회로(113)가 과전류임을 나타내는 전압으로 1.5V 내지 1.9V의 전압값을 가지는 전압을 출력하더라도, 제어 회로(130)는 제2 전압값 이상의 전압을 수신한 것이 되어, 전력 변환 회로(110)에 과전류가 흐르지 않는 것으로 판단하게 되어 오동작하게 된다.

그러나 본 발명과 같이 제1 전압값과 턴-온 또는 턴-오프 되는 전압값이 동일한 보호 스위칭 소자(120)를 통해 제어 회로(130)와 전력 변환 회로(110)를 연결함으로써 상술한 바와 같은 원인으로 인한 오동작을 미연에 방지할 수 있다.

다시 도 2로 돌아와서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 보호 스위칭 소자(120)를 이용하여, 제어 회로(130)에 전력 변환 회로(110)의 출력 전압이 직접 인가되는 것을 방지하므로, 제너 다이오드를 이용하는 것에 비해 적은 전력을 소모하게 된다. 이는 도 5 및 도 6을 통해 보다 상세히 설명될 수 있다.

도 5는 종래 기술에 따른 전력 변환 장치에 사용될 수 있는 제너 다이오드의 특성을 나타낸 표이다.

도 5를 참조하면, 제너 다이오드의 전압값에 따른 제너 다이오드에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 이때 제너 다이오드로 1SMA5918BT3을 이용하면, 제너 다이오드에 5.1V의 전압이 인가되면, 제너 다이오드에 73.5mA의 전류가 흐르게 된다. 즉, 제너 다이오드를 이용하면, 약 0.375W(=5.1V*73.5mA)의 전력을 소모하면서, 제어 회로(130)에 과전압이 인가되는 것을 방지하는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 스위칭 소자로 사용될 수 있는 트랜지스터의 특성을 나타낸 표이다.

도 6을 참조하면, 트랜지스터가 턴-온 상태일 때, 인가되는 전압에 따라 트랜지스터에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 이때 트랜지스터로 KRC102S를 이용하면, 트랜지스터에 5V의 전압이 인가되면, 트랜지스터에 0.88mA의 전류가 흐르게 된다. 즉, 트랜지스터를 이용하면, 약 0.0044W(=5V*0.88mA)의 전력을 소모하면서, 제어 회로(130)에 과전압이 인가되는 것을 방지하는 것이다.

이를 제너 다이오드를 이용한 경우에 소모되는 전력과 비교하면 약 85배정도 적은 전력을 소모하는 것임을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 전력 변환 장치 110: 전력 변환 회로
120: 보호 스위칭 소자 130: 제어 회로

Claims (6)

1. 하나 이상의 스위칭 소자, 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는지 검출하는 과전류 검출 회로 및 상기 과전류 검출 회로의 검출 결과에 따라 전압값을 조절하여 출력하는 출력 회로를 포함하는 전력 변환 회로;
   상기 출력 회로와 연결되며, 상기 출력 회로의 출력 전압값에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되는 보호 스위칭 소자; 및
   상기 보호 스위칭 소자와 연결되며, 상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값에 따라 상기 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로를 포함하고,
   상기 출력 회로는
   상기 과전류 검출 회로에 의해 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르지 않는 것으로 검출되면, 상기 출력 회로의 출력 전압값이 미리 설정된 제1 전압값 이상이 되도록 조절하고,
   상기 과전류 검출 회로에 의해 상기 하나 이상의 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 검출되면, 상기 출력 회로의 출력 전압값이 상기 제1 전압값 미만이 되도록 조절하고,
   상기 제어 회로는
   상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값 이상이면, 상기 전력 변환 회로가 계속 동작하도록 제어하고,
   상기 보호 스위칭 소자의 출력 전압값이 미리 설정된 제2 전압값 미만이면, 상기 전력 변환 회로가 동작을 중단하도록 제어하고,
   상기 출력 회로는
   복수 개의 커패시터 및 저항을 포함하는 RC 회로로 구성되고,
   상기 제1 전압값은 상기 제2 전압값 이상인 값으로 설정되고,
   상기 제1 전압값과 상기 보호 스위칭 소자가 턴-온 또는 턴-오프 되는 전압값은 서로 동일하게 설정되고,
   상기 출력 회로의 출력 전압값이 상기 제2 전압값 이상이고 상기 제1 전압값 이하이면 상기 전력 변환 회로의 동작이 중단되는
   전력 변환 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 보호 스위칭 소자의 제1 단은 상기 출력 회로에 연결되고,
   상기 보호 스위칭 소자의 제2 단은 전압 공급 회로에 연결되고,
   상기 보호 스위칭 소자의 제3 단은 상기 제어 회로에 연결되는
   전력 변환 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 보호 스위칭 소자에 상기 제1 전압값 이상의 전압이 인가되면, 상기 보호 스위칭 소자는 턴-온 되고,
   상기 보호 스위칭 소자에 상기 제1 전압값 미만의 전압이 인가되면, 상기 보호 스위칭 소자는 턴-오프 되는
   전력 변환 장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 보호 스위칭 소자는 상기 출력 회로의 출력 전압이 상기 제어 회로로 직접 인가되는 것을 방지하는
   전력 변환 장치.

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