KR200172696Y1 - 과전압보호회로 - Google Patents

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Abstract

개시된 과전압 보호회로는 스위칭모드 전원공급장치를 구성하는 임의의 한 출력수단 또는 이와 접속된 회로부품의 불량이나 파손에 의하여 출력전압이 과도하게 증가하는 현상을 방지하는 회로에 관한 것이다.
본 고안에 따른 과전압 보호회로는 펄스폭 변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시켜 줌으로써 입력되는 교류전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 하나 이상의 출력전압 변동을 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 소정의 출력전압을 기준전압으로 하고 또 다른 출력전압을 비교전압으로 하여, 두 전압의 비교결과 값에 따라 출력 스위치의 상태가 결정되는 출력전압 비교부와, 출력 전압 비교부의 출력 스위칭의 상태에 따라 구동되어 펄스폭을 줄여주는 제어신호를 출력하는 에러전압 검출/궤환부로 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 고안의 회로는 스위칭모드 전원공급장치에 접속되어 전원을 공급받아 동작되는 기기 및 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 장점이 있다.

Description

과전류 보호회로
본 고안은 전원공급장치의 출력전압이 과도하게 증가하는 것을 방지하는 회로에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 소정의 출력전압을 기준전압으로 하고 또 다른 출력전압을 비교전압으로하여, 두 전압의 비교결과 값에 따라 에러전압 검출/궤환부의 출력을 제어하여 스위칭 변압기의 펄스폭을 줄여줌으로써 스위칭모드 전원공급장치의 출력수단을 구성하는 부품의 불량이나 파손에 의하여 출력전압이 과도하게 증가하여 출력수단에 접속되는 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 영상표시장치 등을 비롯한 전자기기는 효율성이 높으며 소형 경량화되어 있는 스위칭모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supply : SMPS)에 의해 흔히 구동되어진다.
제1도는 이러한 일반적인 스위칭모드 전원공급장치를 나타낸 개략적인 블록 구성도이다.
도시된 바와 같이 일반적인 스위칭 모드 전원공급장치는 외부에서 공급되는 교류(AC)전원을 정류하여 직류전압으로 출력하는 정류부(110)와, 정류부(110)의 출력전압에 의해 초기 구동되어 스위칭 출력부(130)를 제어하는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation : 이하 'PWM'이라 약칭한다) 신호를 출력하는 PWM 제어부(120)와, PWM 제어부(120)의 출력신호에 의해 구동되어 스위칭 변압기(140) 스위칭 시키는 스위칭 출력부(130)와, 스위칭 출력부(130)에 의해 스위칭되어 2차측 코일(142)(143)로 전압 및 전류를 유기시키는 스위칭 변압부(140)와, 스위칭 변압부(140)의 하나 이상의 2차측 코일(142)(143)에 유기되는 각각의 전압을 직류로 정류 및 평활시키는 출력수단들(150)(160)과, 소정 출력수단(150)의 직류 출력전압의 변동을 검출하여 PWM 제어부(120)로 궤환시켜주는 에러전압 검출/궤환부(190)와, 스위칭 변압기(140)의 3차측 코일(144)로 유기되는 전압을 입력으로 받아 PWM 제어부(120)를 계속적으로 구동해주기 위한 구동전원을 공급해주는 구동전원 공급부(170)와,구동전원 공급부(170)와 스위칭 출력부(130)의 출력전류를 공급받아 스위칭 변압부(140)의 각 코일에 흐르는 전류의 양을 일정하게 유지하도록 하는 제어전류를 PWM 제어부(120)에 공급하는 과전류 보호회로부(180)로 구성된다.
이와 같이 구성된 일반적인 스위칭 모드 전원공급장치의 전반적인 동작은 다음가 같다.
교류(AC)전원이 정류부(110)를 통과하면서 정류되어 PWM 제어부(120)를 초기 구동시키면, PWM 제어부(120)는 내부 발진주파수에 따른 PWM 신호를 스위칭 출력부(130)에 인가한다.
바이폴라 트랜지스터(BJT)나 전계효과 트랜지스터(FET)로 구성된 스위칭 출력부(130)가 PWM 신호에 의해 스위칭을 시작함에 따라 스위칭 변압기(140)도 스위칭을 시작하여 하나 이상의 2차측 코일(142)(143)로 전압을 유기시켜 준다.
스위칭 변압부(140)의 각 2차측 코일(142)(143)에 유기되는 전압은 각각에 해당되는 출력수단(150)(160)에 의해 정류 및 평활되어 최종 직류 출력 전압을 형성하게 되는데, 정류와 평활을 위한 수단으로는 각각 다이오드와 콘덴서의 직렬접속회로를 흔히 사용한다.
여기서, 스위칭 모드 전원공급장치가 기동될 때에는 정류부(110)의 직류 출력 전압이, 그리고 기동 후 정상동작하는 상태에서는 스위칭 변압부(140)의 3차측 코일(144)로 유기되는 전압에 의해 구동되는 구동전원 공급부(170)의 출력전압이 PWM 제어부(120)를 동작시켜 줌으로써 스위칭모드 전원공급장치가 계속 동작하도록 한다.
그리고 PWM 제어부(120)에서 출력되는 PWM 신호의 주파수는 별도의 발진회로의 발진주파수에 의해 정해지지만, 스위칭모드 전원공급장치가 적용되는 기기에 따라서는 스위칭 모드 공급장치의 기동 후 외부에서 PWM 제어부(120)의 발진주파수를 기기의 동작주파수에 맞춰주기 위한 동기신호를 입력해주는 경우도 있다.
예를 들면, 스위칭모드 전원공급장치가 음극선관 디스플레이장치와 같은 영상 표시장치 등에 적용되는 경우에는 PWM 제어부(120)의 발진주파수와 영상표시장치가 동작되는 주파수가 다르게 때문에 영상이 표시되는 중에 전원 노이즈(Noise)가 발생할 수 있는데, 이를 방지하려면 영상표시장치의 동기신호와 PWM 주파수를 일치시켜 주기 위해 영상표시장치의 동기신호가 PWM 제어부(120)의 한 입력신호로 공급되기도 한다.
상술한 바와 같이 스위칭모드 전원공급장치가 정상적으로 동작하는 도중에 스위칭 변압기(140)의 2차측 출력전압이 정상인 경우의 값보다 커지는 경우에는 에러전압 검출/궤환부(190)는 소정의 직류 출력전압값에 대한 증가분에 따른 오차신호를 공급한다.
이에 따라 PWM 제어부(120)는 PWM 신호의 듀티사이클을 감소시켜 출력하고, 이어 스위칭 출력부(130)에 의한 스위칭 변압부(140)의 스위칭시간이 제어됨으로써, 스위칭 변압부(140)의 2차측으로 유기되는 전압이 감소하게 된다.
한편, 스위칭 변압기(140)의 2차측 출력전압이 정상인 경우의 값보다 작아지는 경우에는 상술한 과정에서와는 반대로 각 구성부분들이 동작함으로써 스위칭 변압기(140)의 2차측으로 유기되는 전압이 커지게 됨으로써 직류 출력전압은 항상 일정한 값을 유지할 수 있다.
또한 스위칭 변압기(140)의 2차측에 과전류가 흐르면 스위칭 변압기(140)의 3차측 코일(144)을 통하여 PWM 제어부(120)로 전류변화가 궤환되어 PWM 신호의 듀티사이클을 감소시키고, 스위칭 변압기(140)의 2차측 코일(142)(143)에 흐르는 전류가 규정치보다 감소하게 되면 PWM 신호의 듀티사이클을 증가시켜 항상 일정한 전류 값을 유지할 수 있다.
그러나, 이와 같은 구성 및 작용을 하는 스위칭모드 전원공급장치는 스위칭 변압기의 2차측 코일에 접속되는 소정의 출력수단을 구성하는 부품이 파손되거나 이 출력수단의 직류 출력전압의 변화를 검출하는 에러전압 검출/궤환부의 입력측 회로가 단선 또는 단락되었을 경우, PWM 제어부가 해당 직류 출력전압이 규정치보다 낮은 것으로 판단하여 스위칭 변압부의 스위칭 동작이 계속 되면서 2차측 각단의 전압이 동반 상승하게 되어 최종 출력단자에 연결된 각 부하들 즉, 기기를 구성하는 회로부품들이 손상 또는 파괴될 수 있다는 문제점이 있었다.
따라서 본 고안의 목적은 스위칭모드 전원공급장치의 2차측 코일로 유기되는 전압이 소정의 출력수단을 구성하는 회로부품의 불량이나 조립상태의 불량 또는 회로접속의 단선이나 단락에 의하여 과도하게 상승하게 되는 경우로부터 최종 출력수 단자에 연결된 부품 및 회로의 2차적인 파손을 방지할 수 있는 과전류 보호회로부를 제공함에 있다.
제1도는 일반적인 스위칭 모드 전원공급장치를 나타낸 개략적인 블록 구성도.
제2도는 본 고안에 따른 과전류 보호회로가 적용된 스위칭모드 전원공급장치를 나탸낸 개략적 블록 구성도.
제3도는 제2도의 출력전압 비교부 및 에러전압 검출/궤환부를 회로도로 대체한 본 고안의 일 실시예이다
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 정류부 120 : 펄스폭변조(PM) 제어부
130 : 스위칭 출력부 140 : 스위칭 변압기
150 : 제1출력수단 160 : 제2출력수단
170 : 구동전원 공급부 180 : 과전류 보호회로부
190 : 에러전압 검출/궤환부 200 : 출력전압 비교부
141 : 스위칭 변압기의 1차측 코일
142,143 : 스위칭 변압기의 2차측 코일
144 : 스위칭 변압기의 3차측 코일
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 과전류 보호회로부의 특징은 펄스폭 변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시켜 줌으로써 입력되는 교류전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 하나 이상의 출력전압 변동을 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 소정의 출력전압을 기준전압으로 하고 또 다른 출력전압을 비교전압으로 하여, 두 전압의 비교결과 값에 따라 출력 스위칭의 상태가 결정되는 출력전압 비교부와, 출력 전압 비교부의 출력 스위칭의 상태에 따라 구동되어 펄스폭을 줄여주는 제어신호를 출력하는 에러전압 검출/궤환부로 구성된 것에 있다.
이하, 본 발명에 따른 과전류 보호회로의 바람직한 하나의 실시예를 첨부된 도 2 및 도 3의 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 고안에 따른 과전류 보호회로가 적용된 스위칭모드 전원공급장치를 나타낸 개략적 블록 구성도이다.
제2도에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 과전류 보호회로는 제1도에 도시된 일반적이 스위칭모드 전원공급장치에 출력전압 비교부(200)가 특유의 구성요소로 부가되었으며, 출력전압 비교부(200)의 출력신호가 에러전압 검출/궤환부(190)의 한 입력신호로 추가되었다.
따라서 동일한 참조부호는 같은 구성요소를 표시하므로 이들에 대한 설명은 생략하고, 본 고안의 필수 구성요소에 대해서만 설명한다.
출력전압 비교부(200)는 소정의 출력전압(Vout2)을 기준전압으로 하고 또 다른 출력전압(Vout1)을 비교전압으로 하여, 두 전압의 비교결과 값에 따라 출력 스위칭의 상태를 결정하며, 에러전압 검출/궤환부(190)는 출력전압 비교부(200)의 츨력 스위칭의 상태에 따라 구동되어 PWM 제어부(120)의 출력 펄스폭을 줄여주는 제어신호를 출력한다.
제3도는 전술한 제2도의 출력전압 비교부(200) 및 에러전압 검출/궤환부(190)를 회로도로 대체한 본 고안의 일 실시예이다.
도시된 바와 같이 출력전압 비교부(200)는 연산증폭기(OP1)를 사용하는 비교회로와 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 사용하는 스위칭 회로로 구성된다.
여기서, 출력전압 비교부(200)는 저항(R2)를 통한 소정의 출력전압(Vout2)을 비반전 단자로 입력되는 기준전압으로 하고 또 다른 저항(R1)을 통한 출력전압(Vout1)을 반전 단자로 입력되는 비교전압으로 하는 연산증폭기(OP1)와, 연산증폭기(OP1)의 비반전 단자와 출력수단 사이에 접속되어 있는 두 입력신호의 비교 결과값에 대한 증폭도 및 회로의 주파수 특성을 결정하는 저항(R3)과 콘덴서(C3)로 구성된다.
그러나 스위칭 회로는 베이스 바이어스 저항(R4)를 통해 전술한 구성을 갖는 비교회로의 출력전압을 베이스 단자로 인가받는 npn형 바이폴라 트랜지스터(Q1)로 구성되는데, 트랜지스터(Q1)의 이미터는 접지되어 있고 컬렉터는 에러전압 검출/궤환부(190)의 한 입력으로 가해진다.
에러전압 검출/궤환부(190)는 제1출력수단(150)이 직류 출력전압(Vout1)을 저항(R5)와 가변저항(VR)으로 분해한 전압을 레퍼런스단자(R)로 입력받고 레퍼런스 단자(R) 전압의 크기에 따라 캐소드단자(K)와 애노드단자(A)사이가 도통되어 전류의 흐름이 결정되는 레퍼런스(Reference) IC(IC1)와 광결합소자(OPT1)로 구성되는 데, 여기서 레퍼런스 IC(IC1)의 캐소드단자(K)에는 두 개의 저항(R6)(R7)을 통한 전원(+VBB)가 공급된다.
한편, 광결합소자(OPT1)는 발광다이오드와 포트랜지스터를 내장하는 소자로서 저항(R7) 양단에 발광다이오드와 저항(R8)이 직렬로 접속되어 있으며, 발광다이오드의 애노드단자는 두 개의 저항(R6)(R7)의 접속점에 연결되어 있고, 한 단자가 발광다이오드와 접속된 저항(R8)의 타단자는 레퍼런스 IC(IC1)의 캐소드와 연결된다. 그리고 발광다이오드의 캐소드와 저항(R8)의 접속점은 스위칭회로를 구성하는 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단자와 접속된다.
이와같이 접속되는 광결합소자(OPT1)는 전술한 레퍼런스 IC(IC1)와 스위칭 회로의 트랜지스터(Q1)가 도통되는 경우에 동작되게 된다.
즉, 레퍼런스 IC(IC1) 또는 스위칭 회로의 트랜지스터(Q1)가 도통되게 되면 내장된 발광다이오드가 동작하게 되고, 이어 전원전압(+VCC)을 공급받는 포트트랜지스터가 동작하게 되는 것이다.
광결합소자(OPT1)의 포토트랜지스터와 접속되는 전원(+VCC)은 두 개의 저항(R9)(R10)으로 분배되고 분배된 저항(R10)의 양단전압이 에러전압으로서 PWM 제어부(120)에 공급되는, 광결합소자(OPT1)의 포트트랜지스터의 컬렉터와 이미터는 저항(R9)의 양단에 접속된다.
미설명된 두 개의 콘덴서(C4)(C5)는 공급되는 전원 전압(+VBB)(+VCC)을 안정시켜 주기 위한 역할을 한다.
전술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 과전류 보호회로의 동작은 다음과 같다.
스위칭모드 전원공급기가 정상적으로 동작하는 중에 제1출력수단(150)과 연결된 스위칭 변압기(140)의 2차측 코일(142)이 단선되거나 제1출력수단(150)의 다이오드(D1)가 취급상의 부주의 등으로 파손되는 경우, 출력전압 비교부(200)의 비교회로를 구성하는 연산증폭기(OP1)의 반전단자의 입력전압(Vout1)은 저전위로 떨어지게 된다.
한편, 연산증폭기(OP1)의 비반전단자의 입력전압(Vout2)은 정상적인 상태의 전압을 그대로 유지하므로, 비교회로의 출력전압인 연산증폭기(OP1)의 출력전압은 저전위에서 고전위로 그 상태가 변하게 된다.
따라서 출력전압 비교부(200)의 스위칭 상태를 나타내는 트랜지스터(Q)가 도통되어 에러전압 검출/궤환부(190)의 구성요소인 광결합소자(OPT1)를 동작되게 되면 PWM 제어부(120)로 에러전압이 공급되게 되는데, 이 전압이 공급되면 PWM 제어부(120)는 출력수단자로 듀티사이클이 감소된 PWM 신호를 스위칭 출력부(130)로 공급한다.
결과적으로 스위칭 출력부(130)에 공급되는 스위칭 신호를 제어하여 스위칭 변압기(140)의 2차측으로 유기되는 전압을 줄여줌으로써 전체 직류 출력전압이 줄어들게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 과전압 보호회로에 의하면, 스위칭 모드 전원공급장치의 2차 코일로 유기되는 전압이 소정의 출력수단을 구성하는 회로부품의 불량이나 조립상태의 불량 또는 회로접속의 단선이나 단락에 의하여 과도하게 상승하게 되는 경우로부터 최종 출력수단자에 연결된 부품 및 회로의 2차적인 파손을 방지해줌으로써 스위칭모드 전원공급장치의 출력수단에 접속되는 기기 및 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 펄스폭 변조신호에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시키고, 입력되는 교류전압에 대해 복수의 변환된 직류전압을 발생시켜 각 부하단으로 공급하며, 상기 복수의 변환된 직류 전압 중 하나 이상의 출력 전압 변동을 검출하고, 검출결과에 따라 상기 펄스폭 변조신호의 펄스폭을 변화시켜 각 부하단으로 일정한 출력전압이 공급되도록 하는 스위칭 모드 전원공급장치의 과전류 보호회로에 있어서, 상기 복수의 변환된 직류전압 중 두 개의 직류전압을 선택하여 그 중 하나는 기준전압으로 설정하고, 나머지 하나는 비교전압으로 설정하며, 상기 기준전압과 비교전압을 비교하고, 그 비교 결과값에 따라 상기 펄스폭 변조신호의 펄스폭을 제어하기 위한 신호를 출력하는 출력전압 비교부; 및 상기 출력전압 비교부에서 출력되는 펄스폭 제어신호에 의해 구동되어 상기 펄스폭 변조신호의 펄스폭을 감소시키기 위한 제어신호를 출력하는 에러전압 검출/궤환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력전압 비교부는, 상기 복수의 변환된 직류전압 중 두 개의 직류전압을 선택하여 그 중 하나는 기준전압으로 설정하고, 나머지 하나는 비교전압으로 설정하여 비교전압의 레벨이 기준전압의 레벨이하로 떨어지는 경우 출력전압이 반전되는 비교회로; 및 상기 비교회로의 출력전압이 반전됨에 따라 턴온되어 출력전압을 고전위에서 저전위로 반전시켜주는 스위칭회로로 이루어짐을 특징으로하는 과전류 보호회로.
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