KR20000014580U - 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하여 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 고조파 성분들(저주파 잡음)을 제거하는 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로에 관한 것이다.

본 고안은 직류 전원 공급부가 상용 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 변압기의 1차측에 제공하면 이 직류 전원이 파워 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 상기 변압기의 2차측으로 유기되어 모니터의 각 부로 유도 기전력을 제공하도록 된 모니터의 전원회로에 있어서, 상기 직류 전원 공급부의 출력단에 직렬로 연결되어 상기 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하는 쵸크 코일로 구성된다.

상기와 같이 본 고안은 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하여 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 고조파 성분들(저주파 잡음)을 제거함으로써 상기 고조파 성분들이 다른 기기에 저주파 잡음으로 작용하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로(A low-frequency noise limiter in a power supply of a monitor)

본 고안은 모니터의 전원회로에 관한 것으로서, 특히 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하여 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 고조파 성분들(저주파 잡음)을 제거하는 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로에 관한 것이다.

일반적으로 모니터는 컴퓨터의 비디오 카드로부터 수신된 영상 신호와 동기 신호를 입력받아 CRT(Cathode Ray Tube) 화면에 정보를 디스플레이하는 장치로서, 영상 신호를 처리하기 위한 비디오 계통과, 수직 및 수평 편향을 위한 편향 계통 및 전원 계통 등으로 구성된다. 여기서, 모니터의 전원 계통은 모니터 내의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 수행하는데, 이에 관련된 기술로 최근 선형 전원(Linear Power Supply)보다 소형, 경량이면서 효율이 높은 SMPS(Switched Mode Power Supply)라는 스위칭 전원이 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.

도 1은 일반적인 모니터의 전원회로를 나타내는 회로도로서, 상기 전원회로는 퓨즈를 통해 인가되는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(110)와, 상기 직류 전원 공급부(110)로부터 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(120)와, 상기 변압기(120)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(130)와, 상기 파워 트랜지스터(130)의 온/오프(on/off)시 상기 변압기(120)의 역기전력이 발생하는 것을 차단하고 상기 파워 트랜지스터(130)의 턴오프 손실을 감소시키는 스너버(snubber) 회로(140)와, PWM(Pulse Width Modulation) 제어기(도면상 도시되지 않음)와, 전압 궤환부(도면상 도시되지 않음)와, 절전모드 수행부(도면상 도시되지 않음)로 구성되어 있다.

도 1을 참조하여 일반적인 전원회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 100V 또는 220V의 상용 교류 전원이 퓨즈를 통하여 인가되면 라인 필터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2, C3)는 LC 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 동시에, 브리지 다이오드(D1) 및 PWM 제어기가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.

상기에서 라인 필터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2, C3)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드(D1)에서 정류되고 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압(Vi)으로 변환된 후 변압기(120)의 1차측 권선에 인가된다. 그와 동시에 브리지 다이오드(D1)에서 정류된 정류 전압은 도면상 도시된 바는 없으나 PWM 제어기를 동작시키고, 상기 PWM 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호는 파워 트랜지스터(130)의 게이트로 인가되어 파워 트랜지스터(130)를 온/오프시킨다.

아울러, 상기 파워 트랜지스터(130)가 PWM 제어기 내의 발진기 주기에 따라 일정 시간동안 '온' 상태를 유지하다가 '오프' 상태로 천이하면 변압기(120)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유도 기전력이 발생하게 되고, 이때 상기 변압기(120)는 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압이 출력된다.

상기와 같은 동작에 따라 변압기(120)의 2차측 권선에서 출력되는 교류 전압은 정류용 다이오드(D3, D4)와 평활 커패시터(C6, C7)를 통해 직류 전압(Vo, Vom)으로 변환된다.

이 때, 스너버 회로(140)는 변압기(120)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(130)의 턴오프시 변압기(20)의 역기전력이 발생하는 것을 차단한다. 즉, 상기 스너버 회로(140)는 파워 트랜지스터(130)가 턴오프되는 순간 변압기(120)의 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 축적되어 있던 에너지가 역기전력으로 동작하여 상기 파워 트랜지스터(130)의 소스-드레인간 전압이 급격하게 상승하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 파워 트랜지스터(130)의 소스-드레인간 전압이 안정 동작 영역에 들어갈 수 있도록 한다.

보다 구체적으로 상기 스너버 회로(140)는 파워 트랜지스터(130)가 턴오프되는 순간 변압기(120)의 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 축적되어 있던 에너지가 다이오드(D2)에 의해 커패시터(C5)로 옮겨지고 저항(R1)이 그 에너지를 소비하는 형태로 구성되어 있다.

또한, 도면상 도시된 바는 없으나 전압 궤환부는 변압기(120)의 2차측 출력 전압이 일정 전압보다 높아지면 PWM 제어기에 정상시보다 높은 전위의 피드백 전압을 인가하여 상기 PWM 제어기에 의해 변압기(120)의 2차측 출력 전압이 감소되도록 하는 작용을 통해 변압기(120)의 2차측 출력 전압을 항상 일정 전압으로 유지시킴으로써 과전압에 의한 회로 소자의 파손을 방지하는 역할을 한다.

즉, 상기 PWM 제어기는 피드백 전압이 높아지면 '온' 타임이 짧은 PWM 제어신호를 출력하여 파워 트랜지스터(130)의 '온' 타임이 짧아지도록 함으로써 변압기(120)의 1차측에서 2차측으로 유기되는 유도 기전력이 낮아지면서 변압기(120)의 2차측 직류 전압(Vo, Vom)이 정상 전압을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 절전모드 수행부는 사용자가 일정 시간 동안 키 입력을 하지 않아 컴퓨터에서 모니터로 입력되는 동기 신호가 없는 경우 모니터에 구비된 마이컴(도면상 도시되지 않음)의 제어 하에 절전기능 즉, 변압기(120)의 2차측 출력 전압(Vo, Vom)을 차단하여 모니터의 각 부로 전원이 인가되지 못하도록 하는 기능을 수행한다.

한편, 상용 교류 전원의 전류 파형 즉, AC 입력 라인을 통해 입력되는 전류 파형은 펄스 형상의 파형에 큰 고조파 성분(기본 주파수의 정수배 즉, 50Hz, 100Hz, 150Hz, … 주파수 성분)을 포함하고 있는데, 종래에는 상기 고조파 성분이 다른 기기에 저주파 잡음으로 작용하여 기기의 장애를 일으키는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 직류 전원 공급부의 출력단에 쵸크 코일을 직렬로 연결하여 쵸크 코일이 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하도록 함으로써 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 저주파 잡음을 쉽게 제거할 수 있는 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로는 직류 전원 공급부가 상용 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 변압기의 1차측에 제공하면 이 직류 전원이 파워 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 상기 변압기의 2차측으로 유기되어 모니터의 각 부로 유도 기전력을 제공하도록 된 모니터의 전원회로에 있어서, 상기 직류 전원 공급부의 출력단에 직렬로 연결되어 상기 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하는 쵸크 코일로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 모니터의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 2는 본 고안의 일 실시예가 적용된 모니터의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 3은 도 2에 도시된 쵸크 코일을 통과하기 직전의 전류 파형(a), 쵸크 코일을 통과한 후의 전류 파형(b) 및 전압 파형(c)을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 직류 전원 공급부 120: 변압기

130: 파워 트랜지스터 140: 스너버 회로

150: 저주파 잡음 제거회로 C4 : 평활 커패시터

L3 : 쵸크 코일

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안의 일 실시예가 적용된 모니터의 전원회로를 나타내는 회로도로서, 상기 전원회로는 퓨즈를 통해 인가되는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(110)와, 상기 직류 전원 공급부(110)로부터 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(120)와, 상기 변압기(120)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(130)와, 상기 파워 트랜지스터(130)의 온/오프시 상기 변압기(120)의 역기전력이 발생하는 것을 차단하고 상기 파워 트랜지스터(130)의 턴오프 손실을 감소시키는 스너버 회로(140)와, 상기 직류 전원 공급부(110)에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하여 저주파 잡음을 제거하는 저주파 잡음 제거회로(150)와, PWM 제어기(도면상 도시되지 않음)와, 전압 궤환부(도면상 도시되지 않음)와, 절전모드 수행부(도면상 도시되지 않음)로 구성되어 있다.

상기에서 직류 전원 공급부(110), 변압기(120), 파워 트랜지스터(130), 스너버 회로(140), PWM 제어기, 전압 궤환부 및 절전모드 수행부의 회로 구성은 종래 기술의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.

상기 저주파 잡음 제거회로(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 직류 전원 공급부(110)의 출력단에 직렬로 연결되어 직류 전원 공급부(110)에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하는 쵸크 코일(L3)로 구성되어 있다.

상기에서 쵸크 코일(L3)은 교류에 대해서만 임피던스(impedance)를 가지므로 도 3에 도시된 바와 같이 직류 전원 공급부(110)에서 출력되는 전류 파형(a 파형)의 피크값을 억제하여 그 양만큼 전류가 흐르고 있는 동안 도통각이 넓어져서 결국 a 파형(전류 파형)이 c 파형(전압의 정현파)과 같은 정현파에 가까워진 b 파형(전류 파형)이 되어 저주파 잡음은 제거되고 역률(cosφ)은 개선된다. 여기서, 역률이란 교류 전류와 전압 사이의 위상차를 나타내는데, 보통 커패시터 내부를 흐르는 전류는 전압의 위상보다 90°앞서고, 코일의 경우 그와 반대로 전류의 위상이 전압의 위상보다 90°뒤진다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 일 실시예에 의한 저주파 잡음 제거회로의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 100V 또는 220V의 상용 교류 전원이 퓨즈를 통하여 인가되면 라인 필터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2, C3)는 LC 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 동시에, 브리지 다이오드(D1) 및 PWM 제어기가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.

상기에서 라인 필터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2, C3)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드(D1)에서 정류되고 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압(Vi)으로 변환된 후 변압기(120)의 1차측 권선에 인가된다. 여기서, 직류 전원 공급부(110)의 브리지 다이오드(D1)에서 출력되는 전류 파형(도 3의 a 파형)은 쵸크 코일(L3)에 의해 피크값 즉, 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 고조파 성분들이 억제되어 결국 쵸크 코일(L3)을 통과한 전류 파형(도 3의 b 파형)은 평활 커패시터(C4)에 인가되는 전압의 정현파형(도 3의 c 파형)에 가까워진다. 아울러, 상기 쵸크 코일(L3)의 출력 전류 파형(도 3의 b 파형)이 정현파에 가까워지면 역률이 개선된다.

그 후, 상기 변압기(120)는 종래 기술에서 설명된 바와 같이 파워 트랜지스터(130)의 온/오프에 따라 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유도 기전력을 발생하여 2차측 권선으로 소정 교류 전압을 출력하고, 상기 변압기(120)의 2차측 권선에서 출력되는 교류 전압은 정류용 다이오드(D3, D4)와 평활 커패시터(C6, C7)를 통해 직류 전압(Vo, Vom)으로 변환된다.

또한, 스너버 회로(140)는 파워 트랜지스터(130)가 턴오프되는 순간 변압기(120)의 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 축적되어 있던 에너지가 다이오드(D2)에 의해 커패시터(C5)로 옮겨지고 저항(R1)이 그 에너지를 소비함으로써, 파워 트랜지스터(130)가 턴오프되는 순간 변압기(120)의 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 축적되어 있던 에너지가 역기전력으로 동작하여 파워 트랜지스터(130)의 소스-드레인간 전압이 급격하게 상승하는 것을 방지한다.

이와 같이 본 고안은 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하여 상용 교류 전원의 전류 파형에 포함된 고조파 성분들(저주파 잡음)을 제거함으로써 상기 고조파 성분들이 다른 기기에 저주파 잡음으로 작용하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 직류 전원 공급부가 상용 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 변압기의 1차측에 제공하면 이 직류 전원이 파워 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 상기 변압기의 2차측으로 유기되어 모니터의 각 부로 유도 기전력을 제공하도록 된 모니터의 전원회로에 있어서,

   상기 직류 전원 공급부의 출력단에 직렬로 연결되어 상기 직류 전원 공급부에서 출력되는 전류 파형의 피크값을 억제하는 쵸크 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 전원회로에 있어서 저주파 잡음 제거회로.