KR20070014012A - 다중 출력을 갖는 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

다중 출력을 갖는 전원공급장치가 개시된다. 이 발명은 변압기, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제1 출력 전원을 생성하는 제1 출력회로, 상기 제1 출력 전원에 따라 상기 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어하는 제1 출력 제어부를 포함한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 있어서, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제2 내지 제N 출력 전원을 각각 생성하는 제2 내지 제N 출력 회로; 및 상기 제 2 내지 제N 출력 전원을 각각 피드백하여 상기 제 2 내지 제N 출력 전원의 출력을 선형적으로 제어하는 제2 내지 제N 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다중 출력의 구현을 위하여 적어도 하나 이상 구비될 수 있는 변압기 2차측의 다중 출력 회로를 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 특히 선형적으로 제어함으로써, 다중 출력에 따른 출력 전원의 안정적인 제어를 가능하게 한다.

Description

다중 출력을 갖는 전원공급장치{Power supply device having multiple outputs}
도 1은 종래의 전류원 타입 전원공급 장치의 기본적인 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 일 실시예의 회로도이다.
도 3은 제2 스위치의 선형적인 스위칭 동작을 설명하기 위한 일 예의 도면이다.
도 4는 선형 제어 신호의 변화에 따라 조정되는 제2 스위치의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 전원공급장치의 동작 신호의 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 다중 출력을 갖는 전원공급장치에서 유도될 수 있는 다른 형태의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 9은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.
도 10는 도 9에 도시된 다중 출력을 갖는 전원공급장치에서 유도될 수 있는 다른 형태의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.
도 13는 도 12에 도시된 제2 출력 제어부의 회로 구성을 도시하는 회로도이다.
도 14은 도 12에 도시된 전원공급 장치의 동작 신호의 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 15는 도 12에 도시된 전원공급장치의 또 다른 동작에 따른 신호 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 16는 도 12에 도시된 전원공급장치의 또 다른 동작에 따른 신호 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 17은 액티브 클램프 형태를 가지는 종래 및 본원발명의 전원공급장치의 실제 구현 형상을 나타낸다.
본 발명은 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 간단한 구조를 통하여 다중 출력 전압을 독립적으로 조절할 수 있는 다중 출력을 갖는 전원공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 컴퓨터, 프린터, 복사기, 모니터, 통신 단말기 등과 같은 장치들에서는 구조가 간단하고 작은 크기를 가지면서도 안정적인 전원공급이 가능한 고효율의 전원공급 시스템이 요구된다. 전류원 타입 전원공급 장치는 이러한 고효율의 전원공급 시스템을 위하여 널리 사용되고 있다.
도 1은 전류원 타입 전원공급 장치의 기본적인 동작을 설명하기 위한 회로도로서, 도 1에 도시된 형태의 회로는 직류/직류 컨버터의 한 종류인 플라이백 컨버터(Flyback Converter)라고도 알려져 있다.
도 1을 참조하면, 전류원 타입 전원공급 장치는 소정의 권선비를 가지는 변압기(T)와, 변압기(T)의 1차 코일 즉, 입력 측 코일에 연결된 1차 회로(10) 및 변압기(T)의 2차 코일 즉, 출력 측 코일에 연결된 2차 회로(20)를 구비한다. 이때, 1차 회로(10)와 2차 회로(20)는 변압기(T)에 의하여 절연될 수 있다.
상기 1차 회로(10)는 변압기(T)의 1차 코일과 접지단 사이에 직렬 연결된 제어 스위치(S)를 구비한다. 이때, 제어 스위치(S)는 출력 전압 제어부(30)에 의하여 인가되는 제어 신호에 응답하여 입력 전압을 스위칭함으로써, 변압기(T)의 에너지 충전 또는 전달 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
상기 2차 회로(20)는 변압기(T)로부터 전달되는 전류를 정류하기 위한 정류부(21)를 구비한다. 정류부(21)는 변압기(T)의 2차 코일과 직렬 연결되는 다이오드(D) 및 콘덴서(C)로 구성된다. 이때, 상기 콘덴서(C)의 양단에는 출력단이 형성된다. 즉, 외부 부하는 상기 콘덴서(C)의 양단에 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 상기 2차 회로(20)에는 고주파 노이즈 및 EMI(Electro Magnetic Interference)를 여파하기 위한 여파기 및 출력 전압 제어 회로 등이 추가될 수 있다.
1차 회로(10)에 구비된 제어 스위치(S)가 도통되면, 변압기(T)의 2차 코일에는 1차 코일과는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 정류부(21)의 다이오드(D)는 역 바이어스 상태가 된다. 따라서, 2차 회로(20)로의 전류 흐름은 차단되는 동시에 변압기(T)의 자화 인덕턴스에는 에너지가 충전된다. 즉, 제어 스위치(S)의 도통 상태에서는 변압기(T)에 의한 전류 전달은 이루어지지 않으며, 1차 코일로 공급되는 에너지는 모두 변압기(T)의 자화 인덕턴스에 충전되게 된다.
반면, 제어 스위치(S)가 차단되면, 변압기(T)의 2차 코일에는 상기 도통 상태와는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 2차 회로(20)의 다이오드(D)가 도통된다. 따라서, 변압기(T)에 충전된 자화 인덕턴스의 전류가 2차 회로(20)로 전달되며, 출력 단에는 정류부(21)에 의하여 정류된 직류 전압이 출력되게 된다.
한편, 2차 회로(20)의 출력단에는 출력 전압 제어부(30)가 연결된다. 출력 전압 제어부(30)는 2차 회로(20)의 출력 전압을 피드백(Feedback)하여 제어 스위치(S)에 제어 신호를 인가한다. 이때, 상기 제어 신호는 제어 스위치(S)의 시비 율(Duty Rate)을 조절하는 신호를 의미한다. 따라서, 제어 스위치(S)의 동작 제어를 통하여 출력 전압을 조절할 수 있다.
이와 같이, 전류원 타입 전원공급 장치(20)는 변압기(T)의 자화 인덕턴스 성분을 부스트 인덕터(Boost Inductor)로 활용하여, 1차 회로(10)에 구비되는 제어 스위치(S)의 도통 시에 변압기(T)의 자화 인덕턴스를 충전하고, 제어 스위치(S)의 차단 시에 충전된 자화 인덕턴스의 전류가 변압기(T)의 2차 코일 측으로 넘어가면서 정류된 직류 출력 전압을 공급하는 원리를 갖는다.
따라서, 2차 회로(20)의 입장에서는 변압기(T)가 주기적으로 전류를 공급하는 전류원 처럼 보이게 되므로, 이러한 원리를 갖는 전원공급 장치들을 전류원 타입 전원공급 장치라고 일컫는 것이다. 전류원 타입 전원공급 장치는 상술한 플라이백 컨버터 외에도 1차 회로의 추가적인 회로 구성에 따라 다양한 형태가 존재한다.
이러한 전류원 타입 전원공급 장치는 다른 형태의 전원공급 장치들에 비하여 2차 회로의 정류부 구조가 간단하고 그 부품 수가 적기 때문에, 다중 출력 구조에 유리할 수 있다. 왜냐하면, 다중 출력을 위해서는 각각의 출력에 대응되는 2차 회로가 구비되어야 하는데, 2차 회로의 구조가 간단하면 장치 전체의 사이즈를 줄일 수 있기 때문이다. 이러한 이점 때문에 다양한 형태의 다중 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급 장치들이 제안되어 왔다.
그러나, 종래의 다중 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급 장치들은, 다수 개의 변압기를 사용하거나, 각각의 2차 회로에서 출력되는 전압을 제어하기 위하여 손실이 큰 레귤레이터 칩을 다수 개 설치하거나, 각 2차 회로의 출력 전압 피드백 회로가 1차 회로와 연결된 복잡한 구조를 가지는 등의 이유로 인하여, 앞서 언급한 전류원 타입 전원공급 장치의 이점을 최대한 활용하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 변압기 2차측에 복수 개의 출력 회로를 구비하되 각각의 출력 회로의 출력 전압을 독립적으로 조정할 수 있도록 함으로써, 간단한 구성이 가능하며 장치의 크기를 대폭 줄일 수 있는 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 다중 출력을 갖는 전원공급장치의 일 예는, 변압기, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제1 출력 전원을 생성하는 제1 출력회로, 상기 제1 출력 전원에 따라 상기 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어하는 제1 출력 제어부를 포함한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 있어서, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제2 내지 제N 출력 전원을 각각 생성하는 제2 내지 제N 출력 회로; 및 상기 제 2 내지 제N 출력 전원을 각각 피드백하여 상기 제 2 내지 제N 출력 전원의 출력을 선형적으로 제어하는 제2 내지 제N 출력 제어부를 포함한다.
상기의 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 다중 출력을 갖는 전원공급장치의 또 다른 일 예는, 변압기, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제1 출력 전원을 생성하는 제1 출력회로, 상기 제1 출력 전원에 따라 상기 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어하는 제1 출력 제어부를 포함한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 있어서, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제2 내지 제N 출력 전원을 각각 생성하는 제2 내지 제N 출력 회로; 및 상기 제 2 내지 제N 출력 전원을 각각 피드백하여 상기 제 2 내지 제N 출력 전원의 출력을 스위칭 동작에 따라 제어하는 제2 내지 제N 출력 제어부를 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 도면에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서 내용의 명료성을 위하여 특정한 기술 용어를 사용하게 된다. 하지만 본 발명은 이와 같은 선택된 특정 용어에 한정되지 않으며, 각각의 특정 용어가 유사한 목적을 달성하기 위하여 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술 동의어를 포함함을 밝혀둔다.
도 2는 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치의 구성을 도시하는 회로도로서, 2개의 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급장치를 도시하고 있다. 본 실시예는 2개의 출력을 가지는 전원공급장치를 설명하고 있으나, 실시 환경에 따라서는 N(N은 자연수)개의 출력 전원을 출력하도록 구성할 수도 있을 것이다. 만약, 출력이 N개인 경우 변압기는 N개의 2차측 코일들을 구비하며, N개의 2차측 코일들에는 각각 2차측 출력 회로들이 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 다중 출력을 갖는 전원공급장치는 1차측 코일(L1) 및 그 1차측 코일(L1)과 각각 소정의 권선비를 이루는 2개의 2차측 코일들 즉, 제1 코일(L2) 및 제2 코일(L3)을 구비하는 변압기(T)를 포함한다.
1차측 코일(L1)에는 1차측 회로(110)가 연결되어 있고, 2차측의 제1 코 일(L2)에는 제1 출력회로(120)가 연결되어 있고, 2차측의 제2 코일(L3)에는 제2 출력회로(140)가 연결되어 있다. 여기서 1차측 회로(110)와 2차측의 제1 및 제2 출력회로(120, 140)는 변압기(T)에 의하여 서로 절연되어 있다.
1차측 회로(110)는 변압기(T)의 1차측 코일(L1)에 연결된 전류원 타입 스위칭 회로부(111)를 구비한다. 이때, 전류원 타입 스위칭 회로부(111)는 제 1 출력 제어부(130)에 의하여 인가되는 제1 제어 신호에 응답하여, 스위칭 동작을 수행함으로써 변압기(T)의 에너지 충전 또는 전달 동작을 제어한다.
전류원 타입 스위칭 회로부(111)는 변압기(T)의 1차측 코일(L1)과 접지단 사이에 연결된 제 1 제어 스위치(S1)를 포함할 수 있다.
제1 제어 스위치(S1)가 도통되면, 변압기(T)의 2차측 코일들에는 1차 코일과는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 2차측 출력 회로들(120, 140)에 각각 구비된 다이오드들(D1, D2)이 역 바이어스 상태가 되어 2차측 출력 회로들(120, 140)로의 전류 흐름은 차단되는 동시에 변압기(T)의 자화 인덕턴스에는 에너지가 충전된다. 즉, 제1 제어 스위치(S1)의 도통 상태에서는 변압기(T)에 의한 전류 전달은 이루어지지 않으며, 1차측 코일로 공급되는 에너지는 변압기(T)의 자화 인덕턴스에 충전된다.
반면, 제1 제어 스위치(S1)가 차단되면, 변압기(T)의 2차측 코일들에는 상기 도통 상태와는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 2차측 출력 회로들(120, 140)의 다이오드들(D1, D2)이 각각 도통되어 변압기(T)에 충전된 자화 인덕턴스 전류가 2차측 출력 회로들(120, 140)로 전달된다.
제1 출력 회로(120)는 변압기의 2차측에 전달되는 전원을 정류하여 제1 출력 전원을 생성한다. 이를 위해, 제1 출력 회로(120)는 전원을 정류하기 위한 제1 정류부(121)를 구비한다.
도 2에 도시된 제1 정류부(121)는 반파 정류기를 의미한다. 본 발명에서는 제1 출력 회로(120)로서 반파 정류기를 구비할 수도 있으나, 후술하는 바와 같이, 전파 정류기를 구비할 수도 있다.
이때, 제 1 정류부(121)는 변압기(T)의 2차측 제 1 코일(L2)에 직렬 연결되는 제 1 다이오드(D1) 및 제 1 콘덴서(C1)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 콘덴서(C1)의 양단에는 제1 출력 전원(Vo1)을 위한 제 1 출력단이 형성될 수 있다.
제1 출력 제어부(130)는 제1 출력 회로(120)에서 생성된 제1 출력 전원에 따라 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어한다. 제1 출력 제어부(130)는 제1 출력 전원(Vo1)을 피드백하여 제1 제어 스위치(S1)에 제1 제어 신호를 인가한다. 이때, 상기 제1 제어 신호는 제1 제어 스위치(S1)의 시비율(duty rate)을 조절하는 신호를 의미할 수 있다.
제2 출력 회로(140)는 변압기(T)로부터 전달되는 전류를 정류하여 제2 출력 전원(Vo2)을 생성한다. 이를 위해, 제2 출력 회로(140)는 제2 정류부(141) 및 제2 스위치(Q2)를 구비한다.
제2 정류부(141)는 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하여 제2 출력전원을 생성하기 위해, 변압기(T)의 2차측의 제2 코일(L3)에 직렬 연결되는 제2 다이오드(D2) 및 제2 콘덴서(C2)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 콘덴서(C2)의 양단에 는 제2 출력 전원(Vo2)을 위한 제2 출력단이 형성될 수 있다.
제2 스위치(Q2)는 제2 출력 제어부(160)로부터 인가되는 선형 제어신호(Ctrl2)에 응답하여, 액티브 영역(Active Region)에서 제2 정류부(141)의 동작을 선형적으로 스위칭한다. 이를 위해, 제2 스위치(Q2)는 제2 다이오드(D2)와 제2 콘덴서(C2) 사이에 구비되어 있다.
제2 스위치(Q2)는 게이트 단이 제2 출력 제어부(160)의 출력단과 연결되어 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor)에 의해 구현될 수도 있고, BJT(Bipolar Junction Transistor)에 의해 구현될 수도 있다. MOSFET에 의해 구현되는 경우에, 제2 스위치(Q2)는 선형 제어 신호(Ctr12)를 게이트 단을 통해 입력받아서, 제2 정류부(141)의 동작을 선형적으로 스위칭한다.
도 3은 제2 스위치의 선형적인 스위칭 동작을 설명하기 위한 일 예의 도면이다. 제2 스위치(Q2)에 흐르는 전류를 I라 하고, 제2 스위치(Q2)의 양단에 걸리는 전압을 V라 할 때, 전압과 전류 사이에는 도 3과 같은 관계가 형성된다. 도 3에서 살펴보면, 제2 스위치(Q2)는 포화(saturation) 영역에서 스위칭 동작을 수행하는 것이 아니라, 액티브 영역 즉 곡선이 선형을 이루는 영역에서 스위칭 동작이 이루어진다. 전압과 전류가 액티브 영역에서 스위칭 동작이 이루어지는 것을 선형적인 스위칭 동작이라 한다.
제2 출력 제어부(160)는 제2 출력 전원(Vo2)을 피드백하여 제2 스위치(Q2)를 액티브 영역에서 제어하기 위한 선형 제어 신호(Ctrl2)를 생성한 뒤, 제2 스위치(Q2)로 인가함으로써, 제1 출력 회로(120)와는 독립적으로 제2 출력 전원(Vo2)을 선형적으로 제어한다.
제2 출력 제어부(160)는 기준 전원 생성부(161), 오차 검출부(162), 보상 회로부(163) 및 제어신호 출력부(164)를 포함할 수 있다.
기준 전원 생성부(161)는 제2 출력 전원(Vo2)과 비교하기 위한 기준 전원을 생성하여 오차 검출부(162)로 제공하는 기능을 수행한다. 기준 전원 생성부(161)는 소정의 전원전압 Vc에 연결되어 제1 기준 전원을 생성하는 제1 기준전원 생성부 및 상기 제1 기준전원 생성부에 의하여 생성된 제 1 기준 전원을 분압하여 제 2 기준 전원을 생성하는 분압 회로를 포함할 수 있다.
제 1 기준 전원 생성부는 전원전압 Vc와 연결되는 제3 저항(R3) 및 제너 다이오드(DZ)로 구성된다. 이때, 제3 저항(R2) 및 제너 다이오드(DZ)에 의하여 노드A에는 제1 기준 전원(즉, 제2 출력 전원(Vo2)에 소정의 전원, 예를 들면 2.5V가 더해진 값)이 생성될 수 있다. 즉, 노드A에 생성된 전압은 Vo2+2.5V가 된다.
제2 기준 전원 생성부는 제1 기준 전원 생성부에 의하여 생성된 제1 기준 전원을 분압하는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)으로 구성된다. 이때, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 사이에 존재하는 노드B에는 전압 분배식에 따라서 “(Vo2+2.5)× (R1/(R1+R2))”의 값을 갖는 제2 기준 전원이 생성된다. 이는 오차 검출부(162)의 제1 입력단으로 입력된다.
따라서, 오차 검출부(162)의 제1 입력단에는 제 2 기준 전원이 입력되고, 제2 입력단에는 제2 출력 전원(Vo2)이 입력된다. 오차 검출부(162)는 입력된 제 2 기준 전원과 제2 출력 전원을 비교하여, 그 차이값 즉, 오차값을 출력한다.
오차 검출부(162)는 비교기를 이용하여 구성할 수 있다. 이때, 비교기의 입력단은 가상 단락(Virtual Short)이므로, 앞서 설명한 노드B와 제2 출력 전원(Vo2) 값을 갖는 노드C의 전압은 정상상태에서 같다고 할 수 있다. 따라서, 노드B와 노드C의 전압이 같으므로 수학식 1과 같은 식이 성립될 수 있다.
Vo2 = (Vo2+2.5)× (R1/(R1+R2))
따라서, Vo2는 다음의 수학식2와 같이 결정될 수 있다.
Vo2 = 2.5× (R1/R2)
즉, 제어될 제2 출력 전원(Vo2)는 제너 값과 저항 R1 및 R2에 의하여 결정될 수 있다.
한편, 보상 회로부(163)는 네거티브 피드백을 위한 보상회로를 제공하여 제2 출력 제어부(160)의 회로를 안정화시키는 기능을 수행한다. 바람직하기로는, 보상 회로부(163)는 오차 검출부(162)의 출력단과 제2 입력단에 병렬 연결되며 상호 직렬 연결된 제4 저항(R4) 및 커패시터(Cp)로 구성될 수 있다.
제어 신호 출력부(164)는 오차 검출부(162)에 의하여 출력되는 오차값을 분압하여 제2 스위치(Q2)를 액티브 영역에서 선형적으로 제어하기 위한 제 2 제어 신호(Ctrl2)를 출력한다. 이때, 제어 신호 출력부(164)는 상기 오차값을 분압하는 제5 저항(R5) 및 제6 저항(R6)으로 구성될 수 있다. 따라서, 제어 신호 출력부(164)를 통하여 출력되는 선형 제어 신호(Ctrl2)는 다음의 수학식 3과 같다.
선형 제어 신호 = Verr × (R6/(R5+R6))
이때, Verr은 오차 증폭기(162)로부터 출력되는 오차값을 의미한다.
따라서, 제2 스위치(Q2)의 게이트 전압은 “Verr × (R6/(R5+R6))”의 값을 갖는다. 제5 저항(R5)과 제6 저항(R6)의 값은 제2 스위치(Q2)가 액티브 영역에서 동작할 수 있도록 적절한 저항값으로 정해질 수 있다. 따라서, 오차 검출부(162)로부터 출력되는 오차 값에 따라 제2 스위치(Q2)의 게이트 전압이 액티브 영역 내에서 변화하게 되고, 이로 인하여 제2 스위치(Q2)의 드레인-소스간의 등가 저항값이 변화하게 된다.
도 4는 이러한 선형 제어 신호(Ctrl2)에 따라 조정되는 제2 스위치(Q2)의 등가 회로를 도시하는 회로도로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(Q2)는 선형 제어신호(Ctrl2)에 따라 변화하는 가변 저항(Rds)으로 표현될 수 있다. 따라서, 제2 출력 전원(Vo2)의 전압값에 따라 변화하는 선형 제어 신호(Ctrl2)에 응답하여 제2 다이오드(D2)에 흐르는 전류값이 변화하므로, 제2 출력 전원(Vo2)을 조절할 수 있게 된다.
한편, 이러한 다중 출력을 갖는 전원공급장치는 다양한 형태의 회로에 적용 가능하다. 예를 들면, 1차측 회로의 전류원 타입 스위칭 회로부는 제 1 실시예에서 언급한 플라이백 형태뿐만 아니라, 액티브 클램프 플라이백, 하프 브릿지 플라이백, 직렬 공진형 타입 등의 형태로 구성이 가능하다. 따라서, 이하 설명할 실시예들에서는 상술한 다양한 형태의 전류원 타입 스위칭 회로부를 1차 회로에 적용한 전원공급장치를 설명한다.
도 5는 도 2에 도시된 전원공급장치의 동작 신호의 흐름을 도시하는 타이밍도이다. t2 시점에서 제2출력 회로(140)에 걸리는 부하가 감소하면 그림과 같이 Vo2의 전압이 최대 제한전압값(Vo_max)를 초과한다. 이때 전압오차를 증폭하는 제2 출력 제어부(160)의 선형 제어신호(Ctr12)는 제2 스위치(Q2)의 게이트 전압 VgQ2와 같으며, 게이트 전압이 감소하여 실제 스위치가 액티브 영역에서 동작하도록 전압을 조절한다. 즉 제2 스위치(Q2)의 양단간 전압인 VdsQ2와 같이 t2 시점에서부터 일정한 전압강하를 유기하여 가변저항과 같은 역할을 수행한다. 한편, ID2는 다이오드 D2에 흐르는 전류를 의미한다.
도 6은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도로서, 전류원 타입 스위칭 회로부를 액티브 클램프 플라이백 형태로 구성하였을 경우를 도시하고 있다.
도 6에 도시된 전류원 타입 전원공급 장치(200)의 전류원 타입 스위칭 회로부(311)는 변압기(T)의 누설 인덕턴스(leakage Inductance)에 의한 스위칭 손실을 방지할 수 있는 능동 스너버(Active Snubber) 회로가 추가된 형태를 갖는다.
즉, 전류원 타입 스위칭 회로부(311)는 변압기(T)의 1차측 코일 양단에 병렬로 연결되며, 상호 직렬 연결된 콘덴서(Cc) 및 제2 제어 스위치(S2)를 포함한다. 이때, 상기 제2 제어 스위치(S2)와 제1 제어 스위치(S1)는 상보적으로 구동되며, 짧은 데드타임(Dead Time)을 갖는다.
제1 제어 스위치(S1)가 도통되면, 변압기(T)에 에너지가 저장되고, 제1 제어 스위치(S1)가 차단되면 변압기(T)에 저장된 에너지가 2차 회로들(120, 140) 측으로 전달된다. 변압기(T)의 누설 인덕턴스와 자화 인덕턴스에 저장된 에너지는 제1 제어 스위치(S1)와 제2 제어 스위치(S2)가 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching)을 할 수 있도록 한다. 또한, 제2 제어 스위치(S2)와 직렬로 연결된 콘덴서(Cc)는 변압기(T)의 2차 코일에 전류가 흐르는 동안 변압기(T)의 누설 인덕턴스와 공진한다.
한편, 도 6에 도시된 제 2 출력 제어부(160)는 전술한 도 2에서 설명한 제 2 출력 제어부(160)와 같다.
도 7은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도로서, 전류원 타입 스위칭 회로부를 하프 브릿지 플라이백 형태로 구성하였을 경우를 도시하고 있다.
도 7에 도시된 전류원 타입 전원공급 장치(200)의 전류원 타입 스위칭 회로부(411)는 제1 제어 스위치(S1)와 제2 제어 스위치(S2)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 제어 스위치(S1)와 제2 제어 스위치(S2)는 서로 상보적으로 동작하며, 짧은 데드 타임을 갖는다. 제1 제어 스위치(S1)가 도통되면 변압기(T)에 에너지가 저장되고, 제1 제어 스위치(S1)가 차단되었을 때는 변압기(T)에 저장된 에너지가 2차측 회로들(120, 140)로 전달된다.
또한, 변압기(T)의 1차측 코일과 직렬로 연결된 콘덴서(Cb)는 변압기(T)의 1차측 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 에너지를 저장 또는 방전하며, 변압기(T)의 2차측 코일에 전류가 흐르는 동안에는 변압기(T)의 누설 인덕턴스와 공진한다.
도 8은 도 7에 도시된 다중 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급 장치에서 유도될 수 있는 다른 형태의 구성을 도시하는 회로도이다. 도 8에 도시된 1차측 회로(410')의 전류원 타입 스위칭 회로부(411')는 도 7에 도시된 전류원 타입 스위칭 회로부(411)와 그 동작이 거의 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도로서, 직렬 공진형의 형태로 구성하였을 경우를 도시하고 있다.
도 9을 참조하면, 1차측 회로(510)의 전류원 타입 스위칭 회로부(511)는 제1 제어 스위치(S1)와 제2 제어 스위치(S2)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 제어 스위치(S1)와 제2 제어 스위치(S2)는 서로 상보적으로 동작하며, 짧은 데드 타임을 갖는다. 또한, 콘덴서(Ce)와 직렬로 연결된 인덕터(Lr)는 변압기(T)의 누설 인덕턴스 또는 변압기(T) 외부의 추가 인덕터이다.
제1 제어 스위치(S1)가 도통 또는 차단 상태인 동안 콘덴서(Ce)와 인덕터(Lr)는 서로 공진하며, 전류원으로 동작하는 변압기(T)에 의하여 2차측 회로들 측으로 에너지가 전달된다.
도 10은 도 9에 도시된 다중 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급 장치에서 유도될 수 있는 다른 형태의 구성을 도시하는 회로도이다.
이상의 실시예들을 통하여 다양한 형태의 전류원 타입 스위칭 회로부를 가지는 다중 출력을 갖는 전원공급 장치를 살펴보았다. 이하에서는 2차측의 제 1 출력 회로가 전파 정류를 수행할 수 있는 전파 정류 회로의 형태를 갖는 전원공급장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도로서, 제1 출력회로(710)가 전파 정류부(711)를 구비하는 형태를 도시하고 있다.
제1 출력회로(710)는 변압기(T)로부터 전달되는 전류를 전파 정류하기 위한 2개의 전류 패스(Path)가 마련되며, 각 패스에는 다이오드(D1, D1')가 각각 구비된다. 따라서, 전류원 타입 스위칭 회로부(111)에 의하여 수행되는 스위칭에 따라 두 패스 중 어느 하나가 반복적으로 도통되어 교대로 정류를 수행함으로써 전파 정류된 제1 출력 전원(Vo1')을 출력할 수 있다.
이상 설명한 실시예들에서, 본 발명에 따른 다중 출력을 갖는 전원공급 장치는 간단한 구성의 제2 내지 제N 출력 제어부를 이용하여 복수의 2차측의 출력회로들을 독립적으로 제어할 수 있음을 살펴보았다. 상술한 실시예들에 따른 구성에 의하면, 종래의 전류원 타입 전원공급 장치보다 그 크기를 대폭 줄일 수 있다. 본 출원인이 실제로 이러한 전류원 타입 전원공급 장치를 구성한 결과 회로의 크기가 대폭 작아짐을 확인할 수 있으며, 출력 전원의 독립적인 제어가 가능하다.
도 12는 본 발명의 다중 출력을 갖는 전원공급장치를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다. 본 실시예는 2개의 출력을 가지는 전원공급장치를 설명하고 있으나, 실시 환경에 따라서는 N(N은 자연수)개의 출력 전원을 출력하도록 구성할 수도 있을 것이다. 만약, 출력이 N개인 경우 변압기는 N개의 2차측 코일들을 구비하며, N개의 2차측 코일들에는 각각 2차측 출력 회로들이 연결될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 다중 출력을 갖는 전원공급장치는 1차측 코 일(L1) 및 그 1차측 코일(L1)과 각각 소정의 권선비를 이루는 2개의 2차측 코일들 즉, 제1 코일(L2) 및 제2 코일(L3)을 구비하는 변압기(T)를 포함한다.
1차측 코일(L1)에는 1차측 회로(110)가 연결되어 있고, 2차측의 제1 코일(L2)에는 제1 출력회로(120)가 연결되어 있고, 2차측의 제2 코일(L3)에는 제2 출력회로(140)가 연결되어 있다. 여기서 1차측 회로(110)와 2차측의 제1 및 제2 출력회로(120, 140)는 변압기(T)에 의하여 서로 절연되어 있다.
여기서, 1차측 회로(110)는 변압기(T)의 1차측 코일(L1)에 연결된 전류원 타입 스위칭 회로부(111)를 구비한다. 이때, 전류원 타입 스위칭 회로부(111)는 제 1 출력 제어부(130)에 의하여 인가되는 제1 제어 신호에 응답하여, 스위칭 동작을 수행함으로써 변압기(T)의 에너지 충전 또는 전달 동작을 제어한다. 전류원 타입 스위칭 회로부(111)는 변압기(T)의 1차측 코일(L1)과 접지단 사이에 연결된 제 1 제어 스위치(S1)를 포함할 수 있다. 전류원 타입 스위칭 회로부(111)는 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제1 출력 회로(120)는 변압기의 2차측에 전달되는 전원을 정류하여 제1 출력 전원을 생성한다. 이를 위해, 제1 출력 회로(120)는 전원을 정류하기 위한 제1 정류부(121)를 구비한다. 도 2에 도시된 제1 정류부(121)는 반파 정류기를 의미한다. 본 발명에서는 제1 출력 회로(120)로서 반파 정류기 및 전파 정류기를 구비할 수도 있다. 제1 출력 회로(120)는 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제1 출력 제어부(130)는 제1 출력 회로(120)에서 생성된 제1 출력 전원에 따라 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어한다. 제1 출력 제어부(130)는 전술 한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제2 출력 회로(140)는 변압기(T)로부터 전달되는 전류를 정류하여 제2 출력 전원(Vo2)을 생성한다. 이를 위해, 제2 출력 회로(140)는 제2 정류부(141) 및 제2 스위치(Q2)를 구비한다.
제2 정류부(141)는 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하여 제2 출력전원을 생성하기 위해, 변압기(T)의 2차측의 제2 코일(L3)에 직렬 연결되는 제2 다이오드(D2) 및 제2 콘덴서(C2)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 콘덴서(C2)의 양단에는 제2 출력 전원(Vo2)을 위한 제2 출력단이 형성될 수 있다.
제2 스위치(Q2)는 제2 출력 제어부(160)로부터 인가되는 스위칭 제어신호(Ctrl2)에 응답하여, 제2 정류부(141)의 동작을 스위칭한다. 이를 위해, 제2 스위치(Q2)는 제2 다이오드(D2)와 제2 콘덴서(C2) 사이에 구비되어 있다.
제2 스위치(Q2)는 게이트 단이 제2 출력 제어부(160)의 출력단과 연결되어 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor)에 의해 구현될 수도 있고, BJT(Bipolar Junction Transistor)에 의해 구현될 수도 있다. MOSFET에 의해 구현되는 경우에, 제2 스위치(Q2)는 스위칭 제어 신호(Ctrl2)를 게이트 단을 통해 입력받아서, 제2 정류부(141)의 동작을 스위칭한다.
제2 출력 제어부(180)는 제2 출력 전원(Vo2)을 피드백하여 제2 스위치(Q2)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호(Ctrl2)를 생성한 뒤, 제2 스위치(Q2)로 인가함으로써, 제2 출력 전원(Vo2)을 독립적으로 조절한다. 스위칭 제어신호(Ctrl2)에 대한 상세한 내용은 후술한다.
도 13은 도 12에 도시된 제2 출력 제어부(180)의 회로 구성을 도시하는 회로도이다. 도 13을 참조하면, 제2 출력 제어부(180)는 출력 전원 검출부(181), 오차 검출부(182), 보상 회로부(183), 주파수 동기화부(184) 및 펄스폭변조부(PWM : Pulse Width Modulator)(185)를 포함할 수 있다.
출력 전원 검출부(181)는 제2 출력 전원(Vo2)을 일정 전압비로 검출하여 오차 검출부(182)에 제공하는 기능을 수행한다. 출력 전원 검출부(181)는 출력단에 연결된 2개의 저항 즉, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 분압 회로로 구성될 수 있다.
오차 검출부(182)는 출력 전원 검출부(181)에 의하여 제공되는 검출 전원을 소정의 기준 전원(Vref)과 비교하여 그 오차값을 증폭하여 출력하는 기능을 수행한다. 오차 검출부(182)는 비교기를 통하여 구현될 수 있다.
오차 검출부(182)의 제1 입력단에는 원하는 기준 전원(Vref), 예를 들면 2.5V의 전원이 입력된다. 이때, 기준 전원(Vref)은 전원전압 Vc와 접지단 사이에 연결되는 제3 저항(R3)과 제너 다이오드(DZ)에 의하여 생성될 수 있다. 또한, 오차 검출부(182)의 제2 입력단에는 출력 전원 검출부(181)에 의하여 제공되는 검출 전원이 입력된다.
보상 회로부(183)는 네거티브 피드백(Negative Feedback)을 이용한 보상회로를 제공하여 제2 출력 제어부(180)의 회로를 안정화시키는 기능을 수행한다. 보상 회로부(183)는 오차 검출부(182)의 출력단과 제2 입력단에 병렬 연결되며, 상호 직렬 연결된 제4 저항(R4) 및 커패시터(Cp)로 구성될 수 있다.
주파수 동기화부(184)는 외부로부터 제공되는 소정의 램프(Ramp) 신호를 제2 다이오드(D2)의 전단에서 검출되는 동기 신호에 동기화시켜 출력한다. 이때, 동기 신호는 1차측 회로(110)의 제1 제어 스위치(S1)의 스위칭 주파수와 동일한 사각 파형을 의미할 수 있다. 상기 램프 신호는 소정의 램프파형을 가지는 신호를 의미할 수 있다.
펄스폭변조부(185)는 오차 검출부(182)의 출력 신호 즉, 증폭된 오차값과 주파수 동기화부(184)로부터 제공되는 동기화된 램프 신호를 비교하여, 제2 스위치(Q2)의 도통 또는 차단을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호(Ctrl2)를 생성시켜 제2 스위치(Q2)로 인가한다. 이때, 스위칭 제어 신호(Ctrl2)는 동기화된 램프 신호와 같은 주기로 발생되며, 오차 검출부(182)에 의하여 제공되는 오차값의 정도에 따라 그 딜레이가 조절된다.
따라서, 이와 같은 제2 출력 제어부(180)를 이용하여, 제2 출력 전원(Vo2)을 피드백하고, 검출된 제2 출력 전원(Vo2)의 크기에 따라 제2 다이오드(D2)에 흐르는 전류의 도통을 제어함으로써, 제2 출력 회로단으로 공급되는 전류의 량을 조절하여 제2 출력 전원(Vo2)을 원하는 크기로 제어할 수 있다.
도 14는 도 12에 도시된 전원공급 장치의 동작 신호의 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 14에 도시된 타이밍도에서 VgS1은 제1 제어 스위치(S1)의 양단에 걸리는 전압이고, VgQ2는 제2 스위치(Q2)의 게이트와 소스간의 전압을 각각 의미한다. 바꿔 말하면, VgS1, VgQ2는 제1 제어 스위치(S1) 및 제2 스위치(Q2)의 동작 상태를 나타낸다. 예를 들면, VgS1 또는 VgQ2가 각각 하이 레벨(High Level)의 값을 가지면 제1 제어 스위치(S1) 또는 제2 스위치(Q2)가 도통되고, VgS1 또는 VgQ2이 로우 레벨(Low Level)의 값을 가지면 차단된다. 또한, Ts는 제1 제어 스위치(S1)의 스위칭 주기이며, Td는 제2 스위치(Q2)의 딜레이 시간을 의미한다.
도 12 내지 도 14을 참조하면, 제1 제어 스위치(S1)의 동작은 도통 구간(Ta~Tb)과 차단 구간(Tb~Td)으로 나뉠 수 있고, Ts주기로 도통과 차단을 반복한다. 또한, 제2 출력 전원(Vo2)을 제어하기 위한 제2 스위치(Q2)는 동기화에 의하여 상기 제1 제어 스위치(S1)와 같은 주기(Ts)로 도통과 차단을 반복한다. 이때, 2차 회로들(120, 140) 측으로 전류가 전달되는 시점부터 제2 스위치(Q2)가 도통되는 구간(Tb~Tc)을 적절히 조절함으로써 제2 출력 전원(Vo2)을 제어할 수 있다.
먼저, 제1 제어 스위치(S1)가 도통되면 변압기(T)의 자화 인덕턴스 전류 Im이 선형적으로 상승되면서 충전이 이루어진다. 이때, 2차측의 제1 출력 회로(120)의 제1 다이오드(D1)로 흐르는 전류 Id1과, 2차측의 제2 출력 회로(140)의 제2 다이오드(D2) 또는 제2 스위치(Q2)로 흐르는 전류 Id2 및 IQ2는 모두 제로의 값을 갖는다.
이어서, 제1 제어 스위치(S1)가 차단되면, 변압기(T)의 자화 인덕턴스에 충전된 전류가 2차측의 제1 출력 회로(120)로 넘어가면서 제1 다이오드(D1)의 전류값이 선형적으로 감소한다. 따라서, 제1 출력 전원(Vo1)이 출력된다.
또한, 제2 출력 제어부(180)의 제어에 의하여, 제2 출력 전원(Vo2)의 피드백 값에 따라 소정의 딜레이 시간이 흐른 뒤 제2 스위치(Q2)가 도통되면서, 제2 다이 오드(D2)로 전류가 흐르게 된다. 따라서, 제2 출력 전원(Vo2)이 출력된다. 한편, 제1 제어 스위치(S1)가 다시 도통되면, 제2 스위치(Q2)가 도통되더라도 제2 다이오드(D2)가 역 바이어스 상태가 되어 전류 Id2 또는 IQ2는 흐르지 않는다.
도 15는 도 12에 도시된 전원공급장치의 또 다른 동작에 따른 신호 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 15를 참조하면, 제1 제어 스위치(S1)의 동작은 도통 구간(Ta~Tb)과 차단 구간(Tb~Td)으로 나뉠 수 있고, Ts주기로 그 도통과 차단을 반복한다. 또한, 제2 출력 전원(Vo2)을 제어하기 위한 제2 스위치(Q2)는 동기화에 의하여 같은 주기(Ts)로 반복된다.
먼저, 제1 제어 스위치(S1)가 도통된 구간(Ta~Tb)에서는 2차 회로 측으로 전류가 전달되지 않으므로, 제2 스위치(Q2)의 동작은 장치의 동작에 영향을 미치지 않는다. 이어서, 제1 제어 스위치(S1)가 차단된 구간(Tb~Td)에서는 제2 출력 전원(Vo2)의 피드백 값에 따라 제2 스위치(Q2)가 차단되는 시간 Tc의 위치를 조절함으로써 제2 출력 전원(Vo2)을 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 출력 전원(Vo2)의 피드백 값에 따라 제2 스위치(Q2)의 도통 또는 차단을 딜레이시킴으로써 2차측의 제2 출력 회로(140)에 흐르는 전류량을 조절하여 제2 출력 전원(Vo2)을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 간단한 구성을 통하여 다중 출력을 갖는 전류원 타입 전원공급 장치를 제공할 수 있다.
도 16은 도 12에 도시된 1차측 회로(110)의 전류원 타입 스위칭 회로부(111) 가 액티브 클램프 플라이백 형태로 구성되었을 때의, 다중 출력을 갖는 전원공급장치의 동작에 따른 신호 흐름을 도시하는 타이밍도이다.
도 16에 도시된 타이밍도에서 VgS1은 제1 제어 스위치(S1)의 양단에 걸리는 전압이고, VgS2는 제2 제어 스위치(S2)의 양단에 걸리는 전압이고, VgQ2는 제2 스위치(Q2)의 게이트와 소스간의 전압을 각각 의미한다. 바꿔 말하면, VgS1, VgS2, VgQ2는 제1 제어 스위치(S1), 제2 제어 스위치(S2) 및 제2 스위치(Q2)의 동작 상태를 나타낸다.
도 12 및 도 16을 참조하면, 제1 제어 스위치(S1)의 동작 구간은 도통 구간(Ta~Tb)과 차단 구간(Tb~Td)으로 나뉠 수 있고, Ts주기로 도통과 차단을 반복한다. 또한, 제2 제어 스위치(S2)는 제1 제어 스위치(S1)와는 상보적으로 차단 또는 도통을 반복한다. 제2 출력 전원(Vo2)를 제어하기 위한 제2 스위치(Q2)의 동작은 동기화에 의하여 같은 주기 Ts로 반복된다.
이때, 2차 회로들(120, 140) 측으로 전류가 전달되는 시점부터 제2 스위치(Q2)가 도통되는 구간(Tb~Tc)에서 딜레이(Td)를 조절하여 제2 출력 전원(Vo2)을 제어할 수 있다. 또한, 제1 제어 스위치(S1)의 차단 구간(Tb~Td)에서는 제2 제어 스위치(S1)가 도통되어, Is2가 증가함으로써, 누설 인덕턴스가 콘덴서(Cc)를 통하여 공진됨을 알 수 있다.
도 17은 액티브 클램프 형태를 가지는 종래 및 본원발명의 전원공급장치의 실제 구현 형상을 나타낸다. 도 17a는 액티브 클램프 형태를 가지는 종래의 전원공급 장치의 실제 구현 형상을 나타내며, 도 17b는 본원발명에 따라 구현한 경우의 형상을 나타낸다. 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 17a에 나타낸 종래의 전원공급 장치에 비하여 도 17b에 나타낸 본 발명에 따른 다중 출력을 갖는 전원공급장치가 그 크기가 작으며 구성도 간결한 것을 알 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들에서는 2차측의 출력회로가 2개인 경우를 예시적으로 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상에 따라 독립적으로 제어되는 다수개의 2차측의 다중 출력회로가 구성될 수 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.
이러한 본원 발명인 다중 출력을 갖는 전원공급장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 따르면 다중 출력의 구현을 위하여 적어도 하나 이상 구비될 수 있는 2차측의 다중 출력회로들을 각각 독립적으로 제어하는 것이 가능하므로, 회로의 구성이 간단하고 장치의 크기를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있으며, 선형적으로 다중 출력회로들을 제어함으로써, 다중 출 력에 따른 출력 전원의 안정적인 제어를 가능하게 한다.

Claims (33)

  1. 변압기, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제1 출력 전원을 생성하는 제1 출력회로, 상기 제1 출력 전원에 따라 상기 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어하는 제1 출력 제어부를 포함한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 있어서,
    상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제2 내지 제N 출력 전원을 각각 생성하는 제2 내지 제N 출력 회로; 및
    상기 제 2 내지 제N 출력 전원을 각각 피드백하여 상기 제 2 내지 제N 출력 전원의 출력을 선형적으로 제어하는 제2 내지 제N 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 내지 제N 출력회로 중 어느 하나에 해당하는 제K(여기서, K는 2 이상이고, N 이하인 양의 정수) 출력회로는,
    상기 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하여 제K 출력 전원을 생성하는 제K 정류부; 및
    상기 제2 내지 제N 출력 제어부 중 어느 하나에 해당하는 제K 출력 제어부의 선형 제어신호에 따라, 상기 제K 정류부의 출력을 선형적으로 스위칭하는 제K 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제K 정류부는
    상기 변압기의 2차측과 직렬 연결되는 제K 다이오드 및 제K 콘덴서를 포함하며, 상기 제K 콘덴서의 양단에는 상기 제K 출력 전원을 출력하기 위한 제K 출력단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제K 정류부는
    반파 정류 회로 및 전파 정류 회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제K 스위치는
    양단이 상기 제K 다이오드와 제K 콘덴서 사이에 연결되고, 게이트 단이 상기 제K 출력 제어부의 출력단과 연결되어 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor)을 구성요소로서 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제K 스위치는
    BJT(Bipolar Junction Transistor)을 구성요소로서 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제K 스위치는
    상기 제K 스위치에 흐르는 전류와 상기 제K 스위치에 걸리는 전압과의 관계 그래프에서 곡선이 선형을 이루는 액티브 영역에서 동작하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 내지 제N 출력 제어부 중 어느 하나에 해당하는 제K(여기서, K는 2 이상이고, N 이하인 양의 정수) 출력 제어부는,
    제K 출력 전원과 비교하기 위한 소정의 기준 전원을 생성하는 제K 기준 전원 생성부;
    상기 제K 출력 전원을 상기 제K 기준 전원 생성부에 의하여 생성된 기준 전원과 비교하고, 비교된 결과에 따른 오차값을 출력하는 제K 오차 검출부; 및
    상기 제K 오차 검출부의 출력 신호를 분압하여, 상기 제K 스위치를 액티브 영역에서 선형적으로 제어하기 위한 제K 선형 제어신호를 출력하는 제K 제어 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제K 기준 전원 생성부는,
    소정의 전원에 연결되고, 상기 소정의 전원을 분압하여 상기 제K 오차 검출부로 상기 기준 전원을 제공하기 위한 분압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제K 제어 신호 출력부는
    상기 제K 오차 검출부에 의하여 출력되는 신호를 분압하는 저항 분압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제K 출력 제어부는
    네거티브 피드백을 이용한 보상 회로를 제공하는 제K 보상 회로부를 더 포함하고,
    상기 제K 보상 회로부는 상기 제K 오차 검출부의 출력단과 상기 제K 출력전원이 인가되는 상기 제K 오차 검출부의 입력단에 병렬로 연결되며, 상호 직렬 연결된 저항 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 변압기의 1차측 회로는
    상기 제1 출력 제어부에 의하여 인가되는 제1 제어신호를 이용하여 상기 스위칭 동작을 수행하는 제1 스위치가 포함된 전류원 타입 스위칭 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전류원 타입 스위칭 회로부는
    플라이백, 액티브 클램프 플라이백, 하프 브릿지 플라이백, 직렬 공진형 타입 중 어느 하나의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전류원 타입 스위칭 회로부는
    상기 변압기의 누설 인덕턴스를 방지하기 위한 스너버 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 출력 회로는
    상기 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하기 위한 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 정류부는
    반파 정류 회로 및 전파 정류 회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  17. 제1항 내지 제16항의 전원공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  18. 변압기, 상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제1 출력 전원을 생성하는 제1 출력회로, 상기 제1 출력 전원에 따라 상기 변압기의 1차측에 제공되는 전원공급을 제어하는 제1 출력 제어부를 포함한 다중 출력을 갖는 전원공급장치에 있어서,
    상기 변압기의 2차측에 전달되는 전원에 대하여 제2 내지 제N 출력 전원을 각각 생성하는 제2 내지 제N 출력 회로; 및
    상기 제 2 내지 제N 출력 전원을 각각 피드백하여 상기 제 2 내지 제N 출력 전원의 출력을 스위칭 동작에 따라 제어하는 제2 내지 제N 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 내지 제N 출력회로 중 어느 하나에 해당하는 제K(여기서, K는 2 이상이고, N 이하인 양의 정수) 출력회로는,
    상기 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하여 제K 출력 전원을 생성하는 제K 정류부; 및
    상기 제2 내지 제N 출력 제어부 중 어느 하나에 해당하는 제K 출력 제어부의 스위칭 제어신호에 따라, 상기 제K 정류부의 출력을 스위칭하는 제K 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제K 정류부는
    상기 변압기의 2차측과 직렬 연결되는 제K 다이오드 및 제K 콘덴서를 포함하며, 상기 제K 콘덴서의 양단에는 상기 제K 출력 전원을 출력하기 위한 제K 출력단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제K 정류부는
    반파 정류 회로 및 전파 정류 회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제K 스위치는
    양단이 상기 제K 다이오드와 제K 콘덴서 사이에 연결되고, 게이트 단이 상기 제K 출력 제어부의 출력단과 연결되어 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor)을 구성요소로서 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제K 스위치는
    BJT(Bipolar Junction Transistor)을 구성요소로서 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 제2 내지 제N 출력 제어부 중 어느 하나에 해당하는 제K(여기서, K는 2 이상이고, N 이하인 양의 정수) 출력 제어부는,
    제K 출력전원을 검출하는 제K 출력전원 검출부;
    제K 출력전원 검출부에서 검출된 상기 제K 출력 전원을 소정의 기준 전원과 비교하고, 비교된 결과에 따른 오차값을 출력하는 제K 오차 검출부;
    외부로부터 제공되는 램프 신호를 상기 변압기 1차측의 스위칭 주파수에 동기화시켜 출력하는 제K 주파수 동기화부; 및
    상기 제K 오차 검출부의 출력 신호와 상기 제K 주파수 동기화부의 동기화된 램프신호를 비교하여, 상기 제K 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제K 스위칭 제어신호를 출력하는 제K 펄스폭 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제K 출력전원 검출부는,
    분압 회로인 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 기준 전원은 소정의 전원과 접지단 사이에 연결된 저항 및 제너 다이오드에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제K 출력 제어부는
    네거티브 피드백을 이용한 보상 회로를 제공하는 제K 보상 회로부를 더 포함하고,
    상기 제K 보상 회로부는 상기 제K 오차 검출부의 출력단과 상기 제K 출력전원이 인가되는 상기 제K 오차 검출부의 입력단에 병렬로 연결되며, 상호 직렬 연결된 저항 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  28. 제18항에 있어서, 상기 변압기의 1차측 회로는
    상기 제1 출력 제어부에 의하여 인가되는 제1 제어신호를 이용하여 상기 스위칭 동작을 수행하는 제1 스위치가 포함된 전류원 타입 스위칭 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전류원 타입 스위칭 회로부는
    플라이백, 액티브 클램프 플라이백, 하프 브릿지 플라이백, 직렬 공진형 타입 중 어느 하나의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 전류원 타입 스위칭 회로부는
    상기 변압기의 누설 인덕턴스를 방지하기 위한 스너버 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  31. 제18항에 있어서, 상기 제1 출력 회로는
    상기 변압기로부터 전달되는 전원을 정류하기 위한 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력을 갖는 전원공급장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 정류부는
    반파 정류 회로 및 전파 정류 회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전원 공급장치.
  33. 제18항 내지 제32항의 전원공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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