KR19990037061A - 스위치 방식 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치 방식 전원 공급 장치에 관한 것이다.
스위치 방식 전원 공급 장치는 회선망에서의 고조파 부하량에 대한 예상되는 조약에 순응하기 위하여 전력 계수 정정 회로를 필요로 한다. 본 발명의 목적은 폭 넓은 입력 전압 범위에 걸쳐 확실하게 동작할 수 있는, 상기와 같은 형태를 띠는 스위치 방식 전원 공급 장치를 지정하는 것이다.
상기 스위치 방식 전원 공급 장치는 인덕턴스(L19)를 위한 제한 전류를 생성하는 커패시터(C19)를 트랜스포머(TR)의 제 1 권선(W1)상의 탭(A)과 정류 회로 구성 요소(BR)사이에 결선을 제공하는 상기 장치의 제 2 전류 경로(I2)에 포함한다. 스위칭용 트랜지스터(T60)가 스위칭 모드에 있을 때에, 즉 스위칭용 트랜지스터(T60)가 스위칭 온 될 때에, 인덕턴스(L19)는 에너지 저장부로서의 차원에서 커패시터(C19)가 충전될 때까지 충전된다. 스위칭용 트랜지스터(T60)가 스위칭 오프될 때에, 인덕터(L19)와 커패시터(C19)가 에너지 저장용 커패시터(C20)의 방향으로 다이오드(D18)를 통하여 방전된다.
특별한 응용으로는 텔레비전 세트 및 유사한 소비자 전자 제품들이 포함된다.

Description

스위치 방식 전원 공급 장치
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 나와 있는 특성을 갖는 스위치 방식 전원 공급 장치에 기초하고 있다. 이러한 형태의 스위치 방식 전원 공급 장치는 독일 특허 196 10 762 A1에 공개되어 있다.
스위치 방식 전원 공급 장치들은 회선망(line network) 상에서 심한 펄스형태의 부하량을 생성하여, 결국 회선망의 고조파 전류에서도 나타나게 된다. 이러한 부하량은 특히 정현파 네트워크 전압의 피크치에서 나타나는데, 전압 피크치들이 나타나는 곳에서 스위치 방식 전원 공급 장치의 에너지 저장용 커패시터는 재충전된다. 고조파 전류에서의 이러한 부하량을 제한하기 위하여, 스위치 방식 전원 공급 장치에 대한 국제 조약들이 점점 더 많이 제공되고 있는데, 이들의 목적은 정현파의 전류가 더욱 많이 소비되는 것을 달성하는 미래형 스위치 방식 전원 공급 장치를 설계하는 것이다. 회선망에서의 고조파 부하량은 또한 소위 전력 계수로 계산될 수 있다.
회선망에서 감소된 고조파 부하량을 갖는 다른 스위치 방식 전원 공급 장치는 유럽 특허 0 700 145 A2에 공개되어 있다. 상기 스위치 방식 전원 공급 장치는 마찬가지로 제 1 사이드에 제 2 전류 경로를 포함하고 있는데, 이것은 인덕턴스와 다이오드를 구비하고 있고, 네트워크 사이드에 있는 정류 회로의 충전 커패시터의 하단부와 트랜스포머의 제 1 권선에 있는 탭간의 연결부를 제공해준다. 상기 인덕턴스는, 스위칭용 트랜지스터가 스위칭 온되는 단계에서 충전되고 나중에 스위칭용 트랜지스터가 스위칭 오프되는 단계에서 에너지를 방출하는 에너지 저장부로서 동작하여, 에너지는 상기 다이오드와 상기 제 1 권선을 경유하여 에너지 저장용 커패시터측으로 전달된다. 이렇게 충전하고 방전하는 과정은 회선망의 360°의 전체 위상 범위에 걸친 회선망 전류를 만들게 되는데, 왜냐하면 변하지 않는 전기 극성의 필터링되지 않은 반파 정현파 전압신호가 충전 커패시터에 있기 때문이다.
유럽 특허 0 598 197 A2는 정현파의 전류 제거부를 구비하는 스위치 방식 전원 공급 장치를 공개하고 있는데, 상기 전원 공급 장치는 스위칭용 트랜지스터가 스위칭 온되어 있는 단계에서 네트워크 정류 회로를 통하여 충전되고 스위칭 트랜지스터가 스위칭 오프되어 있을 때에 자신이 저장하고 있던 에너지를 에너지 저장용 커패시터측으로 방출하는 커패시터로 이루어진 전류 펌프부를 구비한다.
본 발명의 목적은 처음에 언급한 형태인 스위치 방식 전원 공급 장치를 조건으로서 지정하는 것으로서, 전원 공급 장치는 폭넓은 입력 전압 범위에 걸쳐 확실하게 동작한다.
상기와 같은 목적은 청구항 1항에 나와 있는 특성에 의하여 달성된다. 본 발명에서 유리하게 향상된 부분은 종속항에 상술되어 있다.
본 발명에 따른 스위치 방식 전원 공급 장치는 제 2 전류 경로에 구비된 커패시터를 포함하는데, 특히 상기 커패시터는 인덕턴스와 제 1 권선 상의 탭 사이에 배치되어 있다. 상기 커패시터는 제 2 전류 경로에 의하여 제한되는 전류를 생성하여, 그렇게 함으로써 제 1 권선의 자기 코어뿐만이 아니라 인덕턴스의 자기 코어, 즉 결과적으로 트랜스포머의 자기 코어가 포화상태에 진입되지 않게 되는 것을 보장할 수 있게 된다. 결과적으로, 스위치 방식 전원 공급 장치는 190 볼트 내지 265 볼트의 입력 전압 범위에 걸쳐 확실하게 동작한다.
전류를 제한하는(limit) 것은 네트워크에서 잠간 동안 인터럽션이 일어나는 경우에 특히 중요하다. 네트워크 인터럽션이 일어나는 경우에 있어서, 스위치 방식 전원 공급 장치는 에너지 저장용 커패시터 내에 있는 전하가 여전히 충분한 한 계속 동작한다. 만약 네트워크 전압이 지금 깊은-방전 상태에 있는 에너지 저장용 커패시터에 의하여 재 공급 되었다면, 그러면 고 전류가 인덕턴스를 통하여 흐르게 되는데, 이것은 자신을 이루고 있는 페라이트 물질이 포화상태가 되게 하는 것을 초래할 수 있다. 이러한 현상은 특히 인덕턴스의 하단에서 일어나는데, 이것은 위와 같은 사실 즉, 인덕턴스의 하단에는 다이오드를 통하여 에너지 저장용 커패시터측으로의 결선(connection)이 있는 결과이다.
더 나아가서, 커패시터는 스위칭용 트랜지스터가 스위칭 오프되는 순간에 댐퍼(damper) 구성요소로서 동작하여 자신의 시간에 대한 전압의 변화량을 감소시키게 되는데, 이것은 스위칭용 트랜지스터에서 감소된 스위칭-오프 손실을 초래한다. 제 2 전류 경로는 전류 펌핑 효과를 갖고 오는데, 상기 전류 펌핑 효과의 크기는 인덕턴스와 상기 구성요소들의 용량에 의하여 영향을 받는다.
본 발명은, 예를 통하여, 즉 도면에서 도시하고 있는 실시예를 언급하는 이하에 나오는 본문에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 회선망에서의 감소된 고조파 부하량을 갖는, 플라이백 변환기의 원칙에 기초한 스위치 방식 전원 공급 장치의 입력측 회로를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
T60 : 스위칭용 트랜지스터 C20 : 에너지 저장용 커패시터
BR : 정류 회로 W1 : 제 1 권선
도 1에 있는 스위치 방식 전원 공급 장치는 제 1 권선(W1, W2)과 제 2 권선(W3, W4)를 구비하는 트랜스포머(Tr)를 포함한다. 제 1 권선(W1)은 스위칭용 트랜지스터(T60)에 직렬로 연결되어 있는데, 상기 트랜지스터는 자신의 에너지가 스위치 방식 전원 공급 장치의 제 1 사이드로부터 제 2 사이드 측으로 전송되는 결과로서 제어 회로(도면에는 도시되어 있지 않음)에 의하여 주기적으로 스위칭 온 및 오프된다. 제 1 권선(W1)은 제 1 결선(1)을 통하여 에너지 저장용 커패시터(C20)에 연결되고, 제 2 결선을 통하여 스위칭용 트랜지스터(T60)에 연결된다.
구성요소인 정류 회로는 본 실시예에서 브리지 정류 회로(BR)인데, 입력측은 네트워크 전압(UN)에 연결되도록 배치되어 있다. 출력측에서, 브리지 정류 회로(BR)는 직렬로 각각 저 용량의 커패시터(10) 및 저항(R10)의 하단부로 연결되고, 제 1 전류 경로(I1)에서 전류는 제 1 다이오드(D16)를 통하여 에너지 저장용 커패시터(20)측으로 흘러 가고, 제 2 전류 경로(I2)에서 전류는 인덕터(L15)와 인덕턴스(L19)와 및 커패시터(C19)를 통하여 제 1 권선(W1)에서의 탭(A)측으로 흘러 간다. 인덕터(L15)는 철로 된 자기 코어로 되어 있으며, 커패시터(C18)와 함께 댐퍼 구성요소를 이루는데, 상기 커패시터는 한 쪽에서 인덕터(L15)와 인덕턴스(L19)사이에 구비되어 제 2 전류 경로(I2)에 연결되며 다른 한 쪽에서는 다이오드(D16)의 하단으로서 제 1 전류 경로(I1)에 연결되어 있다.
커패시터(C10)와 저향(R10)은 브리지 정류 회로(BR)에 존재하는 출력신호를 아주 적은 양만큼만 평활화시켜 제공하게 되어, 결과적으로 정류된 정현파 전압은 저항(R10)의 하단부에 여전히 본질적으로 존재하게 된다. 만약에 상기 정현파 전압이 에너지 저장용 커패시터(C20)에서의 전압 레벨보다 더 높다면, 전류는 제 1 전류 경로(I1)에서 다이오드(D16)를 통하여 흘러가게 되고, 그래서 커패시터(C20)를 충전한다. 다이오드(D16)는 커패시터(C15)와 병렬로 연결되어 있으며, 이것은 다이오드(D16)에서의 전류 서지(surge)를 감쇄시킨다.
전류 경로(I2)는 에너지 저장용 커패시터(C20)로의 결선도 제공하는데, 이 결선은 이러한 경우에, 스위칭용 트랜지스터(T60)가 스위칭 온 되었을 때에 전류는 항상 전류 경로(I2)와 제 1 권선(W1)을 통하여 흐르기 때문에 네트워크 주파수가 50 헤르쯔일 때의 전체 기간에 걸쳐 액티브하다. 이러한 경우에 있어서, 스위칭용 커패시터(T60)가 스위칭 온 되어 있는 모든 상태에서, 인덕턴스(L19)는 에너지를 저장한다는 차원에서 충전되지만, 커패시터(C19)에 의하여 충전되는 것이 제한되는데 그 이유는 전류가 커패시터(C19)가 충전 될 때까지만 커패시터(19)를 통하여 흐르기 때문이다. 충전용 커패시터(C20) 방향으로의 결선은 다이오드(D18)에 의하여 제공되는데, 상기 다이오드는 한 쪽에서 제 2 전류 경로(I2)에 있는 인덕턴스(L19)와 캐패시턴스(C19)에 연결되며 다른 한 쪽에서는 다이오드(D16)의 하단으로서 제 1 전류 경로(I1)에 연결되어 있다. 결과적으로, 인덕턴스(L19)에 있는 에너지는 제 1 권선(W1) 상의 탭(A)을 지나가는 우회의 루트를 통과하지 않고 에너지 저장용 커패시터(C20)측으로 직접 전달된다. 스위칭용 트랜지스터(T60)가 스위칭 오프될 때에, 탭(A)은 제 1 권선(W1)에서의 표유 인덕턴스(stray inductance)에 의하여 발생되는, 에너지 저장용 커패시터(C20)의 전압보다 높은 전압이 걸려 있게 된다. 결과적으로, 커패시터(C19)와 인덕턴스(L19)는 다이오드(D18)를 통하여 방전된다. 스위칭용 트랜지스터(T60)가 나중에 다시 스위칭 온 될 때에, 상기와 같은 사이클은 다시 한번 시초부터 시작한다.
이러한 전류 펌핑 효과는 제 2 전류 경로를 중앙의 탭, 트랜스포머(TR)상의 탭(A)으로 연결시킴으로써 더 많이 제한된다. 이러한 사실은, 커패시터(C20)가 일부의 부하량이 있는 상태 및 부하량이 없는 상태에서 과다 충전되는 것을 막아준다. 만약에 제 1 결선(1)과 탭(A)사이에 있고, 탭(A)과 제 2 결선(2)사이에 있는 제 1 권선(W1)의 권수비가 약 1/3에서 2/3 사이의 값을 갖는다면, 중앙의 탭은 특히 유리하다. 그러나, 탭(A)이 결선(1,2)중에서 하나와 일치되는 구성도 또한 가능하다.
전류 경로(I2)의 전류 펌핑 효과는 커패시터(C20)가 정류된 네트워크 전압(UN)의 피크값보다 더 큰 전압 레벨까지 충전되게 하는 결과를 초래한다. 결과적으로, 전류 경로(I1)를 흐르는 전류는 굉장히 감소하게 된다. 따라서, 커패시터(C20)가 적당한 전압 등급을 갖는 것을 보장하는 것이 필요하다. 인덕터(L15)와 커패시터(C18)는 인덕터의 자기 코어가 철로 만들어져 있기 때문에 높은 관성(inertia)을 갖는 LC 소자를 형성한다. 상기와 같은 전류 펌핑의 효과는 또한 스위치 방식 전원 공급 장치의 스위칭 주파수에 따라 결정된다. 이러한 관계는 스위치 방식 전원 공급 장치의 스위칭 주파수가 부하량에 의존하는 경우에 중요한데, 왜냐하면 스위칭 주파수가 부하량이 감소될 때에 증가하기 때문이다. 이러한 사실은, 전력 계수 정정 회로의 효과가 점점 커지게 하고 또한 커패시터(C20)가 점점 더 많이 충전되게 한다. 제 1 권선(W1)상의 탭(A)을 위한 중앙 탭은, 상기 커패시터가 과다 충전되는 것을 막을 수 있도록 하는 적합한 방법으로 선택될 수 있다.
이러한 형태를 갖는 스위치 방식 전원 공급 장치는 예컨대 텔레비전 세트와 같은 상대적으로 전력을 많이 소비하는 소비자 전자 제품에서 특히 사용될 수 있다. 그러나, 예컨대 컴퓨터 모니터와 전문 제품 같은 응용장치들에서도 마찬가지이다. 도 1에 있는 스위치 방식 전원 공급 장치는 적합하게 요구조건에 적합하게 매칭될 수 있으며, 그래서 단지 실시예일 뿐이다. 특히, 스위칭용 트랜지스터(T60)는 반드시 바이폴러 트랜지스터일 필요가 없고, 전계 효과 트랜지스터 및 다른 형태의 트랜지스터가 될 수 있다.
본 발명은 플라이백 변환기의 원칙에 기초하여 동작하는 스위치 방식 전원 공급 장치에 대하여 도면에 있는 예를 이용하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 예를 들어 포워드 변환기같은 다른 스위치 방식 전원 공급 장치에 역시 응용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 정류 회로 구성요소(BR)와, 에너지 저장용 커패시터(C20)와, 제 1 결선(1)에 의하여 상기 에너지 저장용 커패시터(C20)에 연결되고 제 2 결선(2)에 의하여 직렬로 연결되는 스위칭용 트랜지스터(T60)에 연결되는 제 1 권선(W1)을 구비한 트랜스포머(TR)를 포함하는 스위치 방식 전원 공급 장치로서,
    제 1 다이오드(D16)를 통하는 제 1 전류 경로(I1)를 구비하며, 상기 제 1 전류 경로(I1)는 정류 회로 구성요소(BR)와 상기 에너지 저장용 커패시터(C20)사이에 결선을 제공하며,
    상기 정류 회로 구성요소(BR)와 상기 제 1 권선(W1)의 탭(A)사이에 있는 결선을 제공하는 인덕턴스(L19)를 포함하는 제 2 전류 경로(I2)를 구비하며,
    또한 상기 제 2 전류 경로(I2)에 연결되는 상기 에너지 저장용 커패시터(C20)측으로 연결되는 제 2 다이오드(D18)를 포함하는 상기 스위치 방식 전원 공급 장치에 있어서,
    커패시터(C19)가 상기 제 2 전류 경로(I2)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 커패시터(C19)의 캐패시턴스는, 상기 제 2 전류 경로(I2)에서 전류를 제한(limit)되게 일어나는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전류 제한은, 인덕턴스(L19)와 제 1 권선(W1)의 자기(core)가 포화상태가 되는 것이 방지되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 커패시터(C19)는 상기 인덕턴스(L19)와 상기 탭(A)사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 전류 경로(I2)에 대한 상기 제 2 다이오드(D18)의 결선점(connection point)은 상기 인덕턴스(L19)와 상기 커패시터(C19)사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 결선(1)과 상기 탭(A)사이와, 또한 상기 탭(A)과 상기 제 2 결선(2)사이에 있는 상기 제 1 권선(W1)의 권수비는 약 1/3 내지 2/3인 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  7. 제 2항에 있어서, LC 소자(L15, C18)는 댐핑(damping)을 하기 위하여 상기 제 2 전류 경로(I2), 상기 인덕턴스(L19)의 상단에 위치하며, 또한 상기 커패시터(C18)는 상기 제 1 전류 경로(I1)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  8. 제 2항에 있어서, 커패시턴스(C15, C17, C19)는 각각 상기 제 1 다이오드(D16)와 상기 제 2 다이오드(D18)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
  9. 앞에 나온 모든 항들 중 한 항에 있어서, 상기 스위치 방식 전원 공급 장치는 플라이백 변환기나 또는 포워드 변환기의 원칙으로 동작하는 것을 특징으로 하는 스위치 방식 전원 공급 장치.
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