KR20060109898A - 튜너 호환성이 있는 스위치 모드 전원 장치 아키텍처 - Google Patents

튜너 호환성이 있는 스위치 모드 전원 장치 아키텍처 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 출력 전압을 만들고 그것을 스위칭 동작에 민감한 AM/FM 튜너, 수신기 또는 일부 다른 장비와 같은 제 1 디바이스(12)에 공급하는 제 1 전원 장치(11)와, 제 2 출력 전압을 만들고, 그것을 제 2 디바이스(15, 16, 17)에 공급하는 제 2 전원 장치(14)를 포함하고, 이러한 제 2 전원 장치는 상기 제 1 디바이스가 오프 상태에 있을 때 동작하는, 전원 장치 설비(10)에 관한 것이다. 전원 장치 설비는 또한 제 2 전원 장치를 동작시키도록 배치된 제어 수단(18)을 포함한다. 일반적으로, 제어 수단은 제 1 디바이스가 동작할 때는 제 2 전원 장치를 턴 오프시키고, 제 1 디바이스가 동작하지 않을 때에는 제 2 전원 장치를 동작 상태로 스위칭한다. 본 발명은 비용면에서 효율적이고 부피가 작으며, 효율이 높고 낮은 대기 전력을 가지는 EMI 민감성 디바이스를 가지고 사용하기에 적합한 전원 장치 설비를 가능하게 한다.

Description

튜너 호환성이 있는 스위치 모드 전원 장치 아키텍처{A TUNER-COMPATIBLE SWITCH MODE POWER SUPPLY ARCHITECTURE}
본 발명은 전원 장치 설비에 관한 것이다.
스위치 모드 전원 장치(SMPS)는 가전(CE) 제품에서 그 용도가 점점 더 널리 확장되고 있다. 이렇게 된 주요 원인은 가격, 크기, 효율이었고, 특히 지난 몇 년간은 대기 전력 요구사항이 주된 요인이었다. 이러한 사항의 주요 예외는, 오디오 장비가 라디오 주파수 신호를 수신하기 위한 튜너를 일반적으로 포함한다는 사실로 인해, 오디오 장비 애플리케이션이었다. 튜너는 마이크로볼트의 크기를 가지는 신호로부터 정보를 유도할 수 있는 비교적 민감한 디바이스이다. SMPS에 의해 야기된 전자기 간섭(EMI) 때문에, 지금까지 튜너와 사용하기에 적합한 SMPS를 디자인하는 것이 매우 어려웠다.
일반적으로, 튜너 애플리케이션에서, 선형 전원 장치가 사용되었다. 그러한 전원 장치의 주요 결점은, 부피가 크다는 점, 효율이 낮다는 점(통상 50% 미만) 및 대기 전력 특성이 낮다는 점을 포함한다. 하지만 홈 시네마(home cinema)와 같은 오디오 애플리케이션을 위한 전력 수요는 시장에서 급격히 증가하고, 이는 더 작은 크기의 제품, 더 높은 효율 및 더 낮은 대기 전력 요구사항을 요구하게 되었다. 따 라서, 선형 전원 장치 해결책(solution)이 애로점(bottleneck)으로 분명히 드러난다.
WO 02/19551호는 라디오 수신기와, 선택된 스위칭 주파수에서 동작하는 스위칭된 모드 오디오 전력 증폭기와 스위칭된 모드 전원 장치와 같은 스위칭된 모드 회로를 포함하는 시스템을 개시한다. 회로는 라디오 수신기에 의해 수신되는 신호의 주파수의 함수로서 스위칭된 모드 회로의 스위칭 주파수를 설정하기 위해 포함된다. 따라서 스위칭 주파수에 의해 생긴 간섭과 그것의 고조파는, 수신된 신호의 주파수 대역 위 또는 아래로 이동한다.
하지만 WO 02/19551호가 가지는 문제점은, 설명되는 스위칭 주파수 접근이 수신기가 약 540㎑ 내지 1600㎑ 사이에 위치하는 AM 대역에서 올바르게 수신하는 것을 허용하지만, 이러한 접근이 FM 대역의 주파수 위치로 인해 FM 대역에서 가능하게 사용될 수 없다는 점이다. FM 대역은 대략 88㎒ 내지 108㎒ 사이에 있고, 스위칭 주파수는 WO 02/19551호에 따른 시스템에서 사용하기 위해서는 분명하게 지나치게 높아야 한다.
본 발명의 목적은 위에서 주어진 문제점을 해결하고, FM 대역뿐만 아니라 AM 대역에서도 수신하도록 동작하는 디바이스와 사용하기에 적합한 전원 장치를 제공하는 것으로, 이러한 전원 장치는 우수한 대기 전력 특성이 있다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 전원 장치 설비에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 의해 한정된다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 전자기 간섭을 억제하도록 배치된 구성을 가지는 제 1 전원 장치를 포함하는 전원 장치 설비가 제공된다. 제 1 전원 장치는 적어도 하나의 제 1 출력 전압을 만들고, 그것을 EMI 민감성 제 1 디바이스에 공급한다. 이 설비는 적어도 하나의 제 2 출력 전압을 만들도록 배치된 구성을 가지는 제 2 전원 장치를 가진다. 이 제 2 출력 전압은 제 2 디바이스에 공급된다. 또한 제어 수단은, 제 1 전원 장치가 제 1 디바이스에 급전할 때 제 2 전원 장치가 동작하지 않게 되는 식으로 제 1 전원 장치와 제 2 전원 장치를 동작시키도록 배치된다.
본 발명의 기본 개념은 적어도 2개의 출력 전압을 만드는 전원 장치 설비를 제공하는 것으로, 이 전원 장치 설비 중 제 1 전원 장치는 스위칭 동작에 민감한 AM/FM 튜너, 수신기 또는 일부 다른 장비와 같은 적어도 하나의 제 1 디바이스에 제 1 출력 전압을 만들고, 제 1 디바이스가 오프 상태일 때 동작하는 제 2 전원 장치는 적어도 하나의 제 2 디바이스에 제 2 출력 전압을 만든다. 전원 장치는 또한 예를 들어, 제 2 전원 장치를 턴 온 및 턴 오프하도록 동작하게 배치된 제어 수단을 포함한다. 일반적으로, 제어 수단은 튜너가 동작할 때, 제 2 전원 장치를 오프 모드에 있게 하고, 튜너가 동작하지 않을 때에는 제 2 전원 장치를 온 모드로 스위칭한다.
2개의 전원 장치를 이용함으로써, 각 전원 장치의 유리한 특성을 결합하고, 비용면에서 효율적이며, 크기가 작고 높은 효율을 가지며 낮은 대기 전력을 가지는 튜너 또는 일부 다른 EMI 민감성 디바이스와 함께 사용하기에 적합한 전원 장치 설비를 생성할 수 있다. 이는 제 1 전원 장치가 그것의 특징이, 예를 들어 그것의 EMI를 억제하는 능력이 강해야 하는 것과 같은, 제 1 전원 장치 부하와 사용하기에 적합하도록 선택되어야 한다는 사실에 기인한다. 제 2 전원 장치는 그것의 특징이 제 2 전원 장치의 부하에 적응되도록 그에 맞게 선택된다. 예를 들어, 다수의 상이한 공급 전압을 생성할 수 있어야 한다. 적어도 하나의 제 1 디바이스와 적어도 하나의 제 2 디바이스와 함께 오디오 장비에 전원 장치 설비가 포함되는 애플리케이션과 같은 일반적인 오디오 애플리케이션에 있어서, 10개 이상의 상이한 출력 전압이 필요하게 될 수 있다. 게다가, 제 2 전원 장치의 대기 전력은 낮게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 출력 전압이 공진 반-브리지와 같은 튜너와 사용하기에 적합한 제 1 전원 장치에 의해 공급된다. 제 1 전원 장치는 일반적으로 오디오 증폭기, 튜너 자체 및 제어 수단에 급전한다. 이는 비록 오디오 증폭기와 제어 수단이 EMI 민감성이지 않더라도, 제 2 전원 장치가 동작하지 않을 때 여전히 동작할 수 있어야 한다는 사실에 기인한다. 공진 반-브리지의 선택이 유리한데, 이는 공진 반-브리지의 토포로지(즉, 구성)이 상대적으로 작은 양의 EMI를 야기하기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 2 출력 전압이 플라이백(flyback) 컨버터와 같은 제 2 전원 장치에 의해 공급되는데, 이러한 플라이백 컨버터는 반드시 튜너에 적응되어야 하는 것은 아니지만, 제 2 출력과 바람직하게는 간단한 방식으로 추가 출력 전압을 생성할 수 있고, 매우 낮은 대기 전력을 가진다. 제 2 출력 전압을 일반적으로 CD 플레이어, DVD플레이어, VCR 등과 같은 스위칭 동작에 덜 민감한 장비에 급전한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제어 수단이 애플리케이션 소프트웨어를 실행하는 마이크로프로세서의 형태로 구현되고, 이러한 애플리케이션 소프트웨어는 프로세서에 제 2 전원 장치를 동작하는 방법을 지시한다. 이는 전원 장치의 동작이 수정되거나 변경될 필요가 있다면 애플리케이션에 의해 이루어질 수 있다는 장점을 가진다. 따라서 실제 전원 장치 하드웨어에서는 어떠한 변경도 이루어질 필요가 없다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 첨부된 청구범위와 다음 설명을 연구할 때 분명해진다. 당업자라면 본 발명의 상이한 특징이 다음에 설명되는 것 외의 실시예를 만들기 위해 결합될 수 있음을 깨닫게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 장치 설비의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 장치 설비에 포함된 플라이백 컨버터의 개략도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 장치 설비에 포함된 반-프리지 컨버터의 개략도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 장치 설비(10)의 개략도를 도시한다. 이 설비는 튜너와 사용하기에 적합한 반-브리지 컨버터의 형태와 같은 제 1 전원 장치(11)를 포함한다. 제 1 전원 장치는 또한 일반적으로 그러한 설비가 이용되 는 전자 장비, 즉 일반적으로 일부 유형의 오디오 장비에 포함될 수 있는 오디오 증폭기(13)와 다른 디바이스에 급전한다. 반-브리지 컨버터의 주요 설명이 아래에 주어진다. 다른 적합한 유형의 전원 장치가 그것들이 상대적으로 작은 양의 EMI를 야기한다는 전제하에 제 1 전원 장치로서 사용될 수 있다. 그러한 설비는 또한, 다수의 출력 전압을 만드는데 적합하고 낮은 대기 전력을 가지는 플라이백 컨버터나 일부 다른 적절한 전원 장치와 같은 형태로 된 제 2 전원 장치(14)를 포함한다. 일반적인 플라이백 컨버터는 다음에 설명된다. 제 2 전원 장치는 일반적으로 CD 플레이어(15), DVD 플레이어(16) 및 턴테이블(turntable)(17)과 같은 스위칭 동작에 덜 민감한 장비에 급전한다. 전원 장치는 메인 입력(Vin)으로부터 둘 다 급전되는 것이 바람직하다. 애플리케이션 소프트웨어에 의해 제어된 CPU(18)의 형태로 구현된 제어 수단(18)은 제 2 전원 장치(14)의 동작을 제어한다. 튜너(12)가 동작 가능할 때, 제 2 전원 장치는 동작하지 않아야 하는데, 이는 튜너가 제 2 전원 장치의 스위칭 동작에 민감하기 때문이다. 튜너가 라디오 신호를 질적으로 수신하기 위해서는, 스위칭 동작이 일시적으로 중단되어야 한다. 튜너가 동작하지 않을 때, 튜너는 제어 수단(18)에 제 2 전원 장치(14)를 동작시키라는 신호를 보낸다.
전력 증폭기(13)와 제어 수단(18)은 제 1 전원 장치(11)로부터 급전되어야 하는데, 이는 이들 구성 성분이 비록 제 2 전원 장치가 동작하지 않을지라도 동작해야 하기 때문이라는 점을 주목하라.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 장치 설비에 포함된 잘 알려진 플라이백 컨버터의 개략도를 도시한다. 플라이백 변압기(21)의 양단에 걸리는 컨버터 의 입력 전압(Vin)을 메인 출력(Vout)으로 스위칭하기 위해, 트랜지스터(22)가 턴 온되고, 이에 따라 1차 권선에서 전류가 구축되고 에너지가 변압기 코어에 저장된다. 이후 이 에너지는 트랜지스터가 턴 오프될 때 2차 권선을 통해 변압기의 2차측까지 정류된다. 변압기 권선의 극성은, 트랜지스터가 그것의 전도 모드에 있을 때 출력 다이오드(23)가 차단되도록 배치된다. 트랜지스터가 턴 오프될 때, 2차 전압은 역전되고, 2차 전류가 다이오드를 통해 출력 부하로 흐르게 만든다. 2차 권선 인덕턴스는, 전류가 부하에 전달될 때 출력 다이오드와 직렬로 연결되는데, 이는 출력에 어떠한 필터 인덕터도 필요하지 않고, 따라서 각각의 출력은 오직 하나의 다이오드와 하나의 출력 필터 커패시터만을 필요로 한다는 것을 의미한다. 그러므로 플라이백 컨버터는 낮은 비용의 다수의 출력 전원 장치를 생성하기에 적합하다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 장치 설비에서 포함되는 잘 알려진 반-브리지 컨버터(30)의 개략도를 도시한다. 2개의 커패시터(31, 32)가 직렬로 연결되고, 인위적인(artificial) 입력 전압 중간포인트(midpoint)(33)가 제공된다. 2개의 트랜지스터(34, 35)를 번갈아가며 구동하는 것이 이용되고, 이는 각각의 커패시터를 각각의 절반 사이클 동안 1차 권선 양단에 연결한다. 다이오드(36, 37)는 각각의 절반 사이클 동안 각각 차단 및 전도된다. 다이오드를 통과하는 전류는 출력 인덕터(38)에 에너지가 구축되게 하고, 이에 따라 각각의 트랜지스터 전도 시간에 전력이 출력(Vout)에 직접 전달된다. 반-브리지는 효율이 높고 매우 낮은 출력 리플(ripple)을 가져, 튜너와 함께 사용하기에 매우 적합하게 한다.
비록 본 발명이 특별한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 많은 상 이한 변경예와 수정예 등이 당업자에게 분명하게 될 것이다. 그러므로 설명된 실시예는, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 것처럼 본 발명의 범주를 제한하기 위해 의도된 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 전원 장치 설비에 이용 가능하다.

Claims (8)

  1. 전원 장치 설비(10)로서,
    전자기 간섭을 억제하도록 배치된 구성을 가지고, 적어도 하나의 제 1 출력 전압을 만들고, 그것을 전자기 간섭에 민감한 제 1 디바이스(12)에 공급하는 제 1 전원 장치(11),
    적어도 하나의 제 2 출력 전압을 만들도록 배치된 구성을 가지고, 적어도 하나의 제 2 출력 전압을 만들고, 그것을 제 2 디바이스(15, 16, 17)에 공급하는 제 2 전원 장치(14) 및
    상기 제 2 전원 장치를 동작시키도록 배치된 제어 수단(18)을 포함하고,
    상기 제 2 전원 장치는 상기 제 1 디바이스가 동작하고 상기 제 1 전원 장치로부터 급전될 때 동작하지 않게 되는, 전원 장치 설비.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 디바이스(12)는 AM/FM 대역에서 수신하도록 동작하는 튜너를 포함하는, 전원 장치 설비.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2개의 전원 장치(11, 14)는 동일한 전원 장치 메인 입력(Vin)으로부터 급전되는, 전원 장치 설비.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전원 장치(11)는 공 진 반-브리지(resonant half-bridge) 컨버터(20)를 포함하는, 전원 장치 설비.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 전원 장치(14)는 플라이백(flyback) 컨버터(30)를 포함하는, 전원 장치 설비.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 장치 설비는 상기 제 1 디바이스(12, 13, 18)와 상기 제 2 디바이스(15, 16, 17)와 함께 오디오 장비에 포함되는, 전원 장치 설비.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제어 수단(18)은 오디오 장비에 의해 제어되는, 전원 장치 설비.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단(18)은 애플리케이션 소프트웨어를 실행시키는 마이크로프로세서(19)를 포함하고, 상기 애플리케이션 소프트웨어는 상기 마이크로프로세서에 상기 제 2 전원 장치(14)를 동작시키는 방법을 지시하는, 전원 장치 설비.
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