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KR0138560Y1 - 전원 단락 보호회로 - Google Patents

전원 단락 보호회로

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KR0138560Y1
KR0138560Y1 KR2019930013263U KR930013263U KR0138560Y1 KR 0138560 Y1 KR0138560 Y1 KR 0138560Y1 KR 2019930013263 U KR2019930013263 U KR 2019930013263U KR 930013263 U KR930013263 U KR 930013263U KR 0138560 Y1 KR0138560 Y1 KR 0138560Y1
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김광호
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Abstract

본 고안은 PWM 제어방식의 전원회로에서 전원단락시 회로를 보호하는 전원 단락 보호 회로에 관한 것으로 종래에는 전원단에 퓨우즈나 릴레이 및 과전류 계전기를 사용하였으나 이는 고가의 소자를 사용하여야만 신뢰성을 높일수 있는 문제가 있게 된다.
따라서 전원단 출력전압을 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 에러전압을 피드백시키는 단락 검출수단을 구비시키고 상기 단락 검출수단의 에러전압을 기준전압과 비교하여 스위칭 트랜스의 구동을 제어하는 전압 조절수단을 구비시키며 상기 스위칭 트랜스에 흐르는 전압을 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 상기 전압 조절수단의 구동을 선택하는 출력 선택 수단을 구비시킴으로써 전원단 단락시 저가의 소자를 사용하고도 신뢰성 높은 보호회로를 제공하게 된다.

Description

전원 단락 보호회로
제1도는 본 고안의 회로도.
제2도는 본 고안 션트 레귤레이터의 상세 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 주파수 발생장치 20 : 구동부
30 : 정전압회로 T1 : 트랜스
Q1,Q2,Q3 : 트랜지스터 CP1,CP2,CP3 : 비교기
IC1 : 포토 커플러 IC2 : 션트 레귤레이터
본 고안은 PWM(Pulse Width Modulation)제어방식의 스위칭 레귤레이터에 있어서, 출력단 단락시나 과전류가 흐를 때 전원회로를 보호하기 위한 전원 단락 보호회로에 관한 것으로 특히 출력단 단락시에 흐르는 과전류를 검출하여 전압으로 변환시킨 후 이를 기준전압과 비교하여 전원단을 제어하는 구성소자의 전원을 차단시킴으로써 전원회로를 보호해 주는 것이다.
전원회로로 각종 전자기기에 널리 사용되는 PWM 제어방식 스위칭레귤레이터에 있어서, 전원단에 퓨우즈나 릴레이 또는 과부하 계전기를 설치하여 출력단 단락시에 퓨우즈를 융단시키거나 릴레이 또는 과부하 계전기를 개방시킴으로써 전원회로를 보호해 주게 된다.
그러나 상기된 방식에 의한 전원단 보호회로는 출력단 단락시 전원단에 설치된 퓨우즈나 릴레이 또는 과부하 계전기가 개방되지 않는 우려가 발생되고 또한 과전류에 의하여 신속히 동작되지 못하는 오동작의 우려가 있는 것이었다.
이같이 전원단 보호회로의 오동작이 발생되면 전원단에 연결되어 동작하는 회로가 과전류에 의한 영향을 받게 되어 회로를 구성하는 소자가 파괴되는 문제점이 발생된다.
따라서 전원단 보호회로의 신뢰성을 높여주기 위하여 고가의 부품을 선택 사용하여야 하므로 비경제적인 것이었다.
본 고안은 상기와 같은 점을 감안하여 전원단 단락시에 흐르는 과전류를 검출하여 전압으로 변환시킨 다음 기준전압과 비교하여 과전류 흐름이 판단되면 전원단을 제어하는 구성소자의 전원을 차단시켜 회로를 보호하도록 하는 전원 단락 보호회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 전원단 출력전압을 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 에러전압을 피드백시키는 단락 검출수단을 구비시키고, 상기 단락 검출수단의 에러전압을 기준전압과 비교하여 스위칭트랜스의 구동을 제어하는 전압 조절수단을 구비시키며,
상기 스위칭트랜스에 흐르는 전압을 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 상기 전압 조절수단의 구동을 선택하는 출력 선택수단을 구비시켜 된 것이다.
이같은 본 고안을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 고안은 스위칭트랜스의 구동을 제어하여 전원을 공급하는 PWM 제어방식의 전원회로에 있어서, 전원회로의 출력단에 흐르는 과전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 에러전압을 피드백시키는 단락검출수단과, 상기 단락 검출수단에서 인가된 에러전압을 기준전압과 비교하여 스위칭트랜스를 구동시키는 PWM 펄스의 튜티를 변화시켜 출력전압을 조절하는 전압조절수단과, 상기 전압조절수단의 출력에 의하여 구동되는 스위칭트랜스에 흐르는 전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 상기 전압조절수단의 구동을 선택하는 출력 선택수단으로 구성되어진다.
즉 본 고안은 AC입력전원이 브릿지 다이오드(BD1)와 콘덴서(C1)에서 정류 평활된 후 스위칭트랜스(T1)에 인가되게 연결하고, 스위칭트랜스(T1)의 2차측 출력전원(V0)은 다이오드(D2)와 콘덴서(C3)에서 정류 평활되어 출력되게 연결하며, 상기 스위칭트랜스(T1)는 PWM 펄스에 의해 구동되는 스위칭트랜지스터(Q2)를 연결 구성시킨 전원회로에 있어서, 출력전원(V0)의 단락상태를 검출하는 단락 검출수단과, 상기 단락 검출수단의 에러전압에 의해 PWM 펄스를 듀티를 변환시키는 전압조절수단과, 스위칭트랜스(T1)의 과전류 흐름을 검출하여 전압조절수단의 구동을 제어하는 출력선택수단을 연결 구성시킨 것이다.
여기서 스위칭트랜스(T1)에는 스너버회로인 저항(R2)과 콘덴서(C2) 및 다이오드(D1)를 연결한다.
그리고 단락 검출수단은 출력전원(V0)라인에 연결되어 전류를 전압으로 검출하는 저항(R7)(R8)과, 상기 처항(R7)(R8)에 의해 검출된 전압을 기준전압(Vref)과 비교하여 에러전압을 출력시키는 션트 레귤레이터(IC2)와, 상기 션트 레귤레이터(IC2)의 에러전압을 1차측으로 피드백시키는 포토커플러( IC1)로 구성된다.
전압 조절수단은 상기 포토커플러(IC1)에서 피드백된 에러전압과 기준전 (Vref)을 비교하여 주파수 발생장치(10)에서 인가된 펄스의 듀티비를 변환시키는 비교기(CP1)와, 상기 비교기(CP1)의 펄스로 스위칭트랜지스터(Q2)를 구동시키는 구동부(20)로 구성된다.
출렬 선택수단은 스위칭트랜지스터(Q2)를 통하여 흐르는 전류를 전압으로 검출하는 저항(R5)(R6)과, 상기 저항(R5)(R6)에 의해 검출된 전압을 기준전압(Vref)과 비교하는 비교기(CP2)와, 상기 비교기(CP2)의 출력에 의해 구동되고 전압 조절수단에 인가되는 전원공급을 제어하는 트랜지스터(Q1)로 구성된다.
여기서 트랜지스터(Q2)에 연결된 저항(R3)(R4)은 바이어스 저항이고 브릿지다이오드(BDI)와 콘덴서(C1)에서 출력된 전원은 저항(R1)을 통하여 공급된다.
상기 저항(R1)을 통하여 공급된 전원은 전압조절수단과 출력 선택수단에 인가되는 한편 정전압회로(30)에 인가되어 기준전압(Vref)을 발생시킨다.
이같은 구성의 본 고안을 구체적으로 살펴본다.
먼저 AC 전원이 투입되면 AC 전원은 브릿지다이오드(BD1)와 콘덴서(C1)에서 정류 평활되어진 후 바이어스저항(R1)과 스위칭트랜스(T1)에 인가된다.
바이어스저항(R1)에 인가된 전원은 비교기(CP2)에 동작전원으로 인가됨과 동시에 정전압 회로(30)에 인가되어 정전압회로(30)에서 기준전압(Vref)을 발생시킨다.
정전압회로(30)에서 발생시킨 기준전압(Vref)은 비교기(CP1)(CP2)의 입력단에 인가시키는 한편 션트 레귤레이터(IC2)의 입력단에 인가시킨다.
여기서 비교기(CP2)의 반전단자(-)에는 기준전압(Vref)이 인가되고 비반전단자(+)에는 저항(R5)(R6)으로 검출된 전압이 인가되게 된다.
그러나 초기상태에서 트랜지스터(Q2)가 턴온되지 않아 저항(R5)(R6)으로 검출된 전압이 없게 되어 비교기(CP2)의 출력은 로우레벨이 된다.
비교기(CP2)의 로우레벨 출력은 바이어스용저항(R3)(R4)이 연결된 트랜지스터(Q1)에 인가되어 트랜지스터(Q1)를 턴온시킨다.
즉 트랜지스터(Q1)는 비교기(CP2)의 출력이 로우레벨일 때 턴온되어진다.
트랜지스터(Q1)가 턴온되면 저항(R1)을 통하여 인가된 전원이 트랜지스터(Q1)를 통한 후 구동부(20), 비교기(CP1), 주파수발생장치(10)에 인가된다.
따라서 구동부(20)와 비교기(CPI) 및 주파수 발생장치(10)는 구동을 시작하게 되고 비교기(CP1)에서는 기준전압(Vref)과 주파수 발생장치(10)에서 인가되는 주파수를 비교하여 펄스를 출력시키게 된다.
이때 비교기(CP1)에서 출력된 펄스는 PWM 펄스가 되면 이러한 펄스는 구동부(20)를 통하여 스위칭트랜지스터(Q2)의 베이스에 인가되므로써 스위칭트랜지스터(Q2)는 비교기(CP1)의 출력펄스에 의하여 구동이 제어된다.
스위칭트랜지스터(Q2)가 턴온되면 스위칭트랜스(T1)에는 에너지가 축적되고 스위칭트랜지스터(Q2)가 턴오프되면 스위칭트랜스(T1)에 축적된 에너지가 2차측으로 방출되어 다이오드(D2)와 콘덴서(C3)에서 정류 평활되어 출력전원(V0)을 출력시키게 된다.
여기서 스위칭트랜스(T1)에 연결된 콘덴서(C2)와 저항(R2) 및 다이오드(D1)는 스너버회로로써 스위칭트랜지스터(Q2)가 턴오프 될 때 스위칭트랜스(T1)에 발생하는 역기전력을 다이오드(D1)를 통해 콘덴서(C2)로 이행시켜 저항(R2)으로 소비시킨다.
한편 스위칭트랜스(T1)에서 출력된 출력전원(V0)은 출력전압 설정용 저항(R7)(R8)에 의해 전압으로 검출되고 상기 저항(R7)(R8)에 의해 분배된 전압을 제2도의 션트레귤레이터(IC2)에 인가되어 기준전압(Vref)과 비교된다.
션트레귤레이터(IC2)는 비교기(CP3)와 트랜지스터(Q3)로 구성되어 저항(R7)(R8)으로 분배된 전압과 기준전압(Vref)을 비교기(CP3)로 비교 한 후 상기 비교기(CP3)의 출력으로 트랜지스터(Q3)의 구동을 제어하여 트랜지스터(Q3)의 콜렉터측으로 에러전압을 출력시키게 된다.
상기 션트레귤레이터(IC2)의 에러전압은 포토커플러(IC1)를 통하여 비교기(CP1)의 반전단자(-)로 피드백 되어진다.
여기서 포토커플러(IC1)를 사용한 이유는 스위칭트랜스(T1)의 1차측 전원과 2차측 전원의 절연을 위함이다.
그리고 스위칭트랜지스터(Q2)의 에미터측에는 저항(R5)(R6)을 연결하되 과전류가 흐르지 않을 때 상기 저항(R5)(R6)에 의하여 검출된 전압이 기준전압(Vref)을 넘지 않도록 저항(R5)(R6)값을 설정해 준다.
이러한 동작은 PWM 제어방식에 의한 정전압 제어의 기본동작으로 출력단의 단락시는 다음과 같다.
출력단 단락시는 출력단에 과전류가 흐르게 되고 이는 저항(R7)(R8)에 의해 검출되어 저항(R7)(R8)으로 분배된 전압이 션트레귤레이터(IC2)의 기준전압(Vref) 보다 크게 상승하여 에러전압이 상승하게 된다.
즉 저항(R7)(R8)의 분배전압이 비교기(CP3)의 반전단자(-)에 인가되고 기준전압(Vref)이 비 반전단자(+)에 인가되므로 출력단 단락시 비교기(CP3)의 출력이 로우레벨이 되고 이에 따라 트랜지스터(Q3)가 턴오프되어 트랜지스터(Q3)의 콜렉터측에서 출력되는 에러전압을 상승하게 된다.
션트레귤레이터(IC2)의 에러전압이 상승되면 포토커플러(IC1)를 통하여 피드백 되어지는 에러전압도 상승하게 된다.
따라서 비교기(CP1)에서는 포토커플러(IC1)에서 피드백된 에러전압과 기준전압(Vref)을 비교하여 스위칭트랜지스터(Q2)를 턴온시켜 주는 펄스듀티를 넓혀주므로써 출력전압(V0)을 안정화시키려고 한다.
여기서 트랜지스터(Q2)의 턴온되는 주기가 길어지면 그만큼 저항(R5)(R6)에 흐르는 전류가 증가하게 되고 이에 따라 저항(R5)(R6)으로 검출된 전압이 상승하게 된다.
따라서 비교기(CP2)의 반전단자(-)에 인가되는 기준전압(Vref)보다 비반전단자(+)에 인가되는 전압이 높게되어 비교기(CP2)에서는 하이레벨을 출력시키게 된다.
비교기(CP2)의 출력이 하이레벨이 되면 트랜지스터(Q1)가 턴오프되어지고 트랜지스터(Q1)가 턴오프되면 주파수 발생장치(10)와 구동부(20) 및 비교기(CP1)에 인가되는 전원에 차단되어 스위칭트랜지스터(Q2)가 턴오프된다.
스위칭트랜지스터(Q2)가 턴오프되면 출력단의 출력전원(V0)이 일시적으로 차단되어 출력단 단락시 과전류 흐름으로부터 회로를 보호하게 된다.
그리고 스위칭트랜지스터(Q2)가 턴오프되면 저항(R5)(R6)으로 검출되는 전압이 없어져 비교기(CP2)는 다시 로우레벨을 출력시키게 된다.
비교기(CP2)의 출력이 로우레벨이 되면 트랜지스터(Q1)가 다시 턴온되어 다시 주파수 발생장치(10)와 비교기(CP1) 및 구동부(20)에 전원이 공급되게되므로 다시 스위칭트랜스(T1)에서 출력전원(V0)을 출력시키게 된다.
이때 출력단의 단락상태가 해제되어 있을 경우에는 정상적인 출력전원(V0)을 출력시키게 되나 단락상태가 계속 유지되면 다시 출력전원(V0)을 차단시키는 동작을 되풀이하므로써 전원회로를 출력단의 단락으로부터 보호하게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 전원회로의 출력단 단락시를 검출하여 전원회로의 구동을 차단시킴으로써 전원회로를 보호하는 한편 값싼 소자를 사용하고도 신뢰성 높은 회로를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. PWM 제어방석의 전원회로에 있어서, 전원회로의 출력단에 흐르는 과전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 과전류 흐름시 발생되는 에러전압을 피드백시키는 단락검출수단과, 상기 단락검출수단에서 피드백된 에러전압을 기준전압과 비교하여 스위칭 트랜스를 구동시키는 PWM 펄스의 듀티를 변화시켜 출력전압을 조절하는 전압 조절수단과, 상기 전압조절수단의 출력에 의하여 구동되는 스위칭트랜스에 흐르는 전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 상기 전압 조절수단의 구동을 선택하는 출력선택수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전원 단락 보호회로.
  2. 제1항에 있어서, 단락 검출수단은 출력전원(V0)라인에 연결되어 전류를 전압으로 검출하는 저항(R7)(R8)과, 상기 저항(R7)(R8)에 의해 검출된 전압을 기준전압(Vref)과 비교하여 에러전압을 출력시키는 션트레귤레이터(IC2)와, 상기 션트레귤레이터(IC2)의 에러전압을 1차측으로 피드백시키는 포토커플러(IC1)로 구성시킨 것을 특징으로 하는 전원 단락 보호회로.
  3. 제1항에 있어서, 전압 조절수단은 상기 포토커플러(IC1)에서 피드백된 에러전압과 기준전압(Vref)을 비교하여 주파수발생장치(10)에서 인가된 펄스의 듀티비를 변환시키는 비교기(CP1)와, 상기 비교기(CP1)의 펄스로 스위칭트랜스(T)의 구동을 제어하는 스위칭트랜지스터(Q2)를 구동시키는 구동부(20)로 구성시킨 것을 특징으로 하는 전원 단락 보호회로.
  4. 제1항에 있어서, 출력 선택수단은 스위칭트랜지스터(Q2)를 통하여 흐르는 전류를 전압으로 검출하는 저항(R5)(R6)과, 상기 저항(R5)(R6)에 의해 검출된 전압을 기준전압(Vref)과 비교하는 비교기(CP2)와, 상기 비교기(CP2)의 출력에 의해 구동되고 전압 조절수단에 인가되는 전원공급을 차단시키는 트랜지스터(Q1)로 구성시킨 것을 특징으로 하는 전원 단락 보호회로.
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