KR20000002016A - 대기모드에서 전력소모를 줄일 수 있는 스위칭모드 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기동저항의 역할을 최소화시킴으로써 대기모드에서 전력 소모를 최소화할 수 있는 스위칭 모드 전원 공급장치를 제공한다. 본 발명의 전원 공급장치는 전원트랜스의 1차권선에 공급되는 입력직류전압을 고주파수로 스위칭하는 스위칭 회로부와, 상용교류의 초기 투입시에는 기동저항을 통하여 상기 입력직류전압을 기동전압으로 제공하는 기동회로와, 전원트랜스의 보조권선에 유도된 고주파 교류를 직류로 변환하고 이 변환된 직류를 보조전압으로 제공하는 보조전원 회로부와, 초기 기동시에는 상기 기동전원을 상기 보조전원 회로부의 출력단에 결합시키고, 초기 기동후에는 상기 보조전원 회로부와 결합을 차단시키고 상기 기동저항을 통하여 흐르는 전류를 감소시키는 전원 세이브 회로와, 보조전원 회로부의 보조전압을 동작전압으로 제공받고, 정상/대기모드에 응답하여 상기 스위칭 회로부를 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다.

Description

대기모드에서 전력소모를 줄일 수 있는 스위칭 모드 전원공급장치
본 발명은 스위칭 모드 전원 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기모드에서 기동저항을 통한 전력소모를 줄일 수 있는 스위칭 모드 전원 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 텔레비젼 수신기와 같은 가전제품에서는 그 회로 구성이 집적회로화되고 신호처리기술의 고속화 및 고정밀화가 진행되어감에 따라 동작전원의 안정화가 필연적으로 요구된다. 따라서, 이러한 가전제품의 전원공급장치는 스위칭 모드 전원공급장치를 채택하고 있다.
또한, 자동 파워 온/오프기능, 메모리 기능 등이 채택되어 다기능화됨에 따라 전원 공급모드도 정상모드와 대기모드로 구분된다. 정상모드에서는 사용자의 필요에 의해 사용전력이 소모되지만, 대기모드에서는 기능 수행을 위한 최소한의 대기전력이 소모되게 된다.
그러나, 대기모드에서 소모되는 전력은 소규모이지만 대기 시간이 장시간이므로 전체적인 전력소모는 각 가정에서 무시할 수 없게 된다. 더구나, 모든 가정에서 대기시간에 소모되는 전력량의 총합은 상당한 양이 된다. 그러므로, 어떤 사용자는 전력소모를 줄이기 위하여 제품을 사용하지 않을 경우에는 제품의 전원코드를 뽑아놓게 되는 데, 이러한 경우에는 기능 수행을 위해 메모리에 저장시킨 정보가 지워지게 되므로 편리한 기능들이 제동작들을 발휘할 수 없게 되므로 사용상의 편리성을 충분히 활용하지 못하게 되는 문제점이 있다.
더구나, 최근에는 화력발전에 의존하는 전력 생산이 대기오염과 관련된 환경 문제로 다루어짐에 따라서 각국에서는 가전제품의 초절전을 강력하게 요구할 뿐만 아니라 특히, 대기 모드에서의 전력 절감을 더 강력하게 요구하고 있는 추세이다. 따라서, 메이커들은 대기모드에서 전력소모를 최소화시키기 위하여 다각도로 부단한 연구를 하고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 스위칭 모드 전원공급장치에서는 초기 기동을 위하여 기동저항(R1)을 통하여 입력전원 회로부(10)의 직류전압(VIN)을 스위칭 제어부(16)의 구동전압(VCC)으로 제공한다. 따라서, 스위칭 제어부(16)는 이 전압에 의해 초기 기동되어 스위칭 구동신호를 발생한다. 스위칭 구동에 의해 스위칭 회로부(12)가 동작되고, 이에 전원 트랜스(T)를 통한 에너지 전달에 의해 보조권선(N3)에 연결된 보조전원 회로부(18)의 출력이 정상상태로 되면 이 보조전원에 의해 스위칭 제어부(16)가 동작을 하게 된다.
그러나, 종래의 보조전원 회로부(18)는 기동저항(R1)이 다이오드(D2) 및 캐패시터(C3)로 구성된 반파정류회로의 캐패시터(C3)에 직접 연결되어 있기 때문에 초기 기동이 완료된 후인 정상모드나 대기모드에서도 계속적으로 기동저항(R1)을 통한 전류흐름이 유지되므로 기동저항(R1)을 통한 불필요한 전력소모가 있게 된다.
정상모드에서는 기동저항을 통하여 소모되는 전력이 전체적인 전력 소모량에 비해 상대적으로 매우 작으므로 큰 문제가 되지는 않는다. 그러나, 대기 모드에서는 전체적인 전력 소모량를 2W이하로 유지하도록 요구하고 있는 바, 기동저항을 통하여 소모되는 전력이 상대적으로 매우 크게 작용하게 된다.
예컨대, 기동저항에서 소모되는 전력이 하이 라인에서는 거의 1W에 가까울 정도가 되므로 기동저항에서 소모되는 전력이 대기모드시의 전체 전력 소모량의 반을 차지하게 된다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 초기 기동이 완료된 후에는 기동저항을 통하여 흐르는 전류를 제한함으로써 정상/대기 모드에서의 기동저항을 통하여 소모되는 전력을 절감할 수 있는 스위칭 모드 전원 공급장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기동저항을 통한 전류흐름을 제한하고자 하는 회로를 스위칭 제어부와 동일 반도체 웨이퍼 상에 구성함으로써 회로설계의 효율화와 생산성 향상에 기여할 수 있는 스위칭 모드 전원 공급장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 스위칭 모드 전원공급장치의 회로구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 스위칭 모드 전원공급장치의 바람직한 일 실시예의 회로구성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 입력전원 회로부 12 : 스위칭 회로부
14 : 출력전원 회로부 20 : 로직회로
22 : 스위칭 제어부 22a : 전원 세이브 회로
24 : 기동회로 26 : 보조전원 회로부
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 스위칭 모드 전원공급장치는 전원트랜스의 1차권선에 공급되는 입력직류전압을 고주파수로 스위칭하는 스위칭 회로부와, 상용교류의 초기 투입시에는 기동저항을 통하여 상기 입력직류전압을 기동전압으로 제공하는 기동회로와, 전원트랜스의 보조권선에 유도된 고주파 교류를 직류로 변환하고 이 변환된 직류를 보조전압으로 제공하는 보조전원 회로부와, 초기 기동시에는 상기 기동전원을 상기 보조전원 회로부의 출력단에 결합시키고, 초기 기동후에는 상기 보조전원 회로부와 결합을 차단시키고 상기 기동저항을 통하여 흐르는 전류를 감소시키는 전원 세이브 회로와, 보조전원 회로부의 보조전압을 동작전압으로 제공받고, 정상/대기모드에 응답하여 상기 스위칭 회로부를 제어하는 스위칭 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 전원 세이브 회로는 기동저항과 보조전원 회로부의 사이에 연결된 역류방지용 다이오드와, 기동저항을 통하여 제공되는 전류를 제한하기 위한 전류제한저항과, 초기 기동시간이 지난 다음에 상기 전류제한저항을 상기 기동저항과 접지사이에 연결하기 위한 스위칭수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 스위칭 모드 전원 공급장치의 바람직한 일 실시예의 회로 구성을 나타낸다.
도 2의 전원공급장치는 입력전원 회로부(10), 스위칭 회로부(12), 출력전압 회로부(14), 로직회로(20), 스위칭 제어부(22), 기동회로(24) 및 보조전원 회로부(26)을 포함한다.
입력전원 회로부(10)는 90~250V, 50~60Hz를 가지는 상용 교류를 브릿지 다이오드(BD)에 의해 전파정류하고 캐패시터(C1)로 평활하여서 입력직류전압(Vin)을 발생한다.
스위칭 회로부(12)는 전원트랜스(T)의 1차권선(N1)의 일측에 입력전압(Vin)이 인가되고 타측에 스위칭 트랜지스터(Q1)가 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가되는 스위칭 구동신호에 응답하여 1차 권선(N1)에 흐르는 직류를 스위칭하게 된다.
출력전원 회로부(14)는 전원 트랜스(T)의 2차권선(N2)에 다이오드(D1) 및 캐패시터(C1)로 구성된 반파 정류회로를 연결하여서 플라이백방식으로 구성된다. 캐패시터(C1)의 양단 전압이 출력전압(Vout)으로 부하에 출력된다.
로직회로(20)는 제어신호(CTL)를 입력하여 로직처리한 다음에 정상/대기 제어신호를 발생한다.
스위칭 제어부(22)는 정상/대기 제어신호에 응답하여 스위칭 주파수가 다른 스위칭 구동신호를 발생하여 스위칭 회로부(12)의 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동한다. 스위칭 제어부(22)는 집적회로로 내부에 전원 세이브 회로(22a)를 포함한다.
기동회로(24)는 입력전압과 접지 사이에 기동저항(R1)과 캐패시터(C4)가 연결된 것으로서, 기동저항을 통하여 제한된 입력직류전류를 기동전원으로 제공한다.
보조전원 회로부(26)는 전원 트랜스(T)의 보조권선(N3)에 유도된 고주파 교류를 다이오드(D2) 및 캐패시터(C3)의 반파정류회로를 통하여 정류하여서 직류전압(VCC)를 보조전원으로 제공한다.
전원 세이브 회로(22a)는 단자(22b)를 통하여 기동회로(24)의 기동전압이 인가되도록 연결되고 단자(22c)를 통하여 보조전원 회로부(26)의 출력인 보조전압이 인가되도록 연결된다. 단자(22b)와 단자(22c)사이에는 역류방지용 다이오드(D3)가 연결된다. 단자(22b)와 접지 사이에는 트랜지스터(Q2), 전류제한저항(R2), 트랜지스터(Q3)가 연결된다. 트랜지스터(Q2)는 베이스와 콜렉터가 연결된 PNP형 트랜지스터이고 트랜지스터(Q3)는 에미터가 접지되고 베이스에는 스타트업 검출부(ST)의 출력신호가 연결된다. 스타트업 검출부(ST)는 초기 기동에 의한 전압인가상태를 검출하고 검출된 시점으로부터 소정 시간, 즉 초기 기동이 완료된 시간 동안 지연된 다음에 그 출력신호가 액티브상태, 예컨대 하이상태로 된다.
따라서, 초기 기동시에는 기동저항(R1)을 통하여 제공되는 기동전원이 단자 역류방지용 다이오드, 단자를 통하여 보조전원 회로부(26)의 출력단과 결합되고 이 결합에 의해 단자에는 스위칭 제어부(22)의 초기 기동을 위한 동작전압(VCC)가 얻어지게 된다. 이때, 보조전원 회로부(26)의 출력전압은 스위칭동작이 기동되기 직전이므로 충분한 전압이 출력되지 않는 상태이다. 기동전원에 의해 스위칭 제어부(22)가 동작되어 스위칭 회로부(12)를 구동시키면 스위칭 동작에 의해 전원트랜스를 통하여 보조권선(N3)에 에너지가 유도되고 이에 보조전원 회로부(26)의 출력단의 전압이 상승하기 시작한다. 한편, 스타트업 검출부(ST)에서는 단자에 제공된 초기 전원투입을 검출하고 이 검출시점으로부터 소정 시간 지연된 다음에 출력이 하이상태로 액티브된다. 그러므로, 트랜지스터(Q3)가 턴온되고 이에 전류제한저항(R2)를 통하여 전류가 흐르게 되므로 단자의 전압레벨이 떨어지게 된다. 동시에 보조전원 회로부(26)의 출력단의 전압이 충분히 상승하게 되면 역류방지용 다이오드(D3)의 양단은 역바이어스가 걸리게 되므로 기동전원은 보조전원 회로부의 출력단과 차단되게 된다.
그러므로, 초기 기동시에는 기동저항 및 역류방지용 다이오드를 통하여 큰 기동전류, 예컨대 ㎃단위의 전류가 흐르게 되지만 기동이 완료된 후에는 기동저항 및 전류제한저항을 통하여 매우 작은 전류, 예컨대 ㎂단위의 미소 전류만 흐르게 된다.
트랜지스터(Q2)는 트랜지스터(Q3)의 오프시 콜렉터 에미터에 걸리는 전압을 분압함으로써 트랜지스터(Q2, Q3)의 콜렉터 에미터간 항복전압을 다운시키는 효과를 얻을 수 있다. 이는 집적회로 설계를 용이하게 한다.
도 1에 도시한 종래 방식에서의 기동저항을 통한 대기모드시에 소모전력량은 다음 수학식 1과 같다.
도 2에 도시한 본 발명에 의한 대기모드시 소모전력량은 다음 수학식 2와 같다.
그러므로, 본 발명에서는 R2의 저항값의 증가만큼 소모전력량이 감소됨을 알 수 있다. 본 발명에 의하면 대기모드에서 기동저항(R1)에서 소모되는 전력량은 기존의 1W에서 대략 0.2W정도로 줄어들게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 기동시에만 사용되는 기동저항을 통하여 정상 및 대기모드에서도 전력 소모가 지속적으로 발생된다는 점을 감안하여 기동시에는 충분한 기동전류가 흐르도록 하고 정상 및 대기모드시에는 최소한의 전류만이 흐르도록 구성함으로써 대기모드에서의 전력소모를 대략 40%정도 줄일 수 있다.
또한, 이와 같은 전원 세이브를 위한 회로를 기존의 스위칭 제어부와 동일한 반도체 웨이퍼 상에 집적화함으로써 회로설계가 용이하고 조립성을 용이하게 하는 잇점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 전원트랜스(T)의 1차권선(N1)에 공급되는 입력직류전압(Vin)을 고주파수로 스위칭하는 스위칭 회로부(10);
    상기 상용교류의 초기 투입시에는 기동저항(R1)을 통하여 상기 입력직류전압(Vin)을 기동전압으로 제공하는 기동회로(24);
    상기 전원트랜스(T)의 보조권선(N3)에 유도된 고주파 교류를 직류로 변환하고 이 변환된 직류를 보조전압(VCC)으로 제공하는 보조전원 회로부(26);
    초기 기동시에는 상기 기동전원을 상기 보조전원 회로부(26)의 출력단에 결합시키고, 초기 기동후에는 상기 보조전원 회로부(26)와 결합을 차단시키고 상기 기동저항(R1)을 통하여 흐르는 전류를 감소시키는 전원 세이브 회로(22a); 및
    상기 보조전원 회로부(260의 보조전압(VCC)을 동작전압으로 제공받고, 정상/대기모드에 응답하여 상기 스위칭 회로부(10)를 제어하는 스위칭 제어부(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전원 세이브 회로(22a)는
    상기 기동저항(R1)과 상기 보조전원 회로부(26)의 사이에 연결된 역류방지용 다이오드(D3);
    상기 기동저항(R1)을 통하여 제공되는 전류를 제한하기 위한 전류제한저항(R2); 및
    상기 초기 기동시간이 지난 다음에 상기 전류제한저항(R2)을 상기 기동저항(R1)과 접지사이에 연결하기 위한 스위칭수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은
    상기 보조전원의 투입으로부터 기동시간이 지난 다음에 시작신호를 발생하는 스타트업 검출부(ST); 및
    콜렉터에 상기 전류제한저항(R2)이 연결되고, 에미터가 접지되고 베이스에 상기 시작신호가 인가되는 트랜지스터(Q3)를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기동저항(R1)과 전류제한저항(R2)의 사이에 에미터와 콜렉터가 각각 연결되고 베이스와 콜렉터가 연결된 트랜지스터(Q2)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전원 세이브 회로(22a)는 상기 스위칭 제어부(22)와 동일 반도체 웨이퍼상에 집적된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치.
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