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KR102277667B1 - 전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법 - Google Patents

전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법 Download PDF

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KR102277667B1
KR102277667B1 KR1020140092387A KR20140092387A KR102277667B1 KR 102277667 B1 KR102277667 B1 KR 102277667B1 KR 1020140092387 A KR1020140092387 A KR 1020140092387A KR 20140092387 A KR20140092387 A KR 20140092387A KR 102277667 B1 KR102277667 B1 KR 102277667B1
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KR
South Korea
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voltage
unit
smoothing capacitor
switching
power
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KR1020140092387A
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정성범
이진형
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삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법에 관한 것으로서, 전자장치는, 전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와; 대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와, 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 공급되는 전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함하는 전원공급부를 포함하며, 정전압 제어부는, 스위칭부의 오프 구간에서 전원공급부의 출력측으로부터 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함한다. 이에 의하여, 스위칭 오프 구간에서 전력 소모를 저감하여, 대기모드에서 소모되는 대기전력을 최소화하는 효과가 있다.

Description

전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법{ELECTRONIC APPARATUS, POWER SUPPLY AND POWER CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자장치의 대기모드에서 전력 소모를 제어하는 전자장치, 전원공급장치 및 그 전원제어방법에 관한 것이다.
TV와 같은 디스플레이장치를 포함하는 전자장치에는 동작에 필요한 전원을 공급하기 위한 전원공급부가 마련된다. 전자장치는 복수의 전원모드를 가지며, 동작을 수행하지 않는 상태로 소정 시간이 경과하면, 전력 소모를 줄이기 위해 일부 구성에 전원 공급을 중지하는 대기모드(이하, 스탠바이(Stand-By) 모드 라고도 한다)로 진입할 수 있다.
전자장치가 대기모드에 진입한 경우에도, 시스템부에는 최소한의 동작을 수행하기 위한 대기전원이 공급될 필요가 있다. 이를 위해, 전자장치에는 대기모드에서 전원을 공급하는 전원공급장치(power supply)(이하, 스탠바이 전원장치 라고도 한다)가 구비될 수 있다.
도 1은 종래의 전원공급장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전원공급장치(10)는 다음과 같이 동작한다.
교류(AC) 전원이 인가되면 브릿지 정류회로(11)를 거쳐 AC가 DC로 변환된다. 스위칭 제어부(12)의 제어에 따라 스위칭 소자(FET)(13)의 스위칭 동작이 수행되고, 스위칭 동작에 응답하여 DC 전원이 변환부(14)의 1차측으로부터 2차측으로 전달된다.
변환부(14)의 2차측으로 전달된 전원은 정전류 제어부(15)의 정류기(Rectifier)(D1)과 평활 캐패시터(Capacitor)(C1)을 거쳐, 전자장치의 동작을 수행하는 시스템부(도시안됨)에 직류(DC) 전원으로 출력된다.
여기서, 변환부(14)의 2차측 전원은 정전류 제어부(15)의 전압 레귤레이터(15a), 제1 레퍼런스 저항(R1), 제2 레퍼런스 저항(R2)에 의해 조절 즉, 레귤레이팅(Regulating)되며, 포토 커플러(photo coupler)를 통해 변환부(14)의 1차측의 스위칭 제어부(12)로 피드백된다. 전압 레귤레이터(15a)는 바이어스 저항(R3)를 통해 동작을 위한 바이어스 전류(bias current)를 인가 받는다.
도 1과 같은 전원공급장치(10)는 대기상태와 같은 저 부하 조건에서 스위칭에서 발생하는 손실을 감소시키기 위해 버스트(burst) 모드로 동작할 수 있다. 버스트 모드에서 전원공급장치(10)는 기설정된 버스트 주기에 따라 스위칭 소자(13)를 동작시키며, 버스트 주기에 따른 소정 구간(오프 구간)에서 스위칭을 중단시켜, 스위칭 동작에 의한 불필요한 전력 손실(loss)을 방지하게 된다. 여기서, 버스트 주기는 밀리초(ms) 단위에서 초저 대기전력 구현을 위해 긴 주기, 예를 들어 초(s) 단위를 가지도록 미리 설정될 수 있다.
그런데, 종래의 전원공급장치(10)는 스위칭이 수행되지 않는 오프 구간에서도 전압 레귤레이터(53a), 제1 및 제2 레퍼런스 저항 (R1, R2), 바이어스 저항(R3) 등에 의한 전력의 손실이 발생할 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 평활 캐패시터(Capacitor)(C1)에 충전된 전압이 오프 구간에서 전압 레귤레이터(53a), 제1 및 제2 레퍼런스 저항 (R1, R2), 바이어스 저항(R3)로 공급 및 소모된다.
따라서, 버스트 동작과 무관하게 대기모드에서 지속적으로 전력 손실이 발생하며, 이는 대기전력 증가의 원인이 되는 문제점이 있다.
본 발명 일실시예에 따른 전자장치는, 전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와; 대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와, 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 공급되는 전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함하는 전원공급부를 포함하며, 정전압 제어부는, 스위칭부의 오프 구간에서 전원공급부의 출력측으로부터 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 오프 구간에서 정전압 제어부의 구성들에 의한 전력 소모를 저감할 수 있다.
정전압 제어부는 스위칭부의 온 구간에서 변환부의 2차측 전압을 변환부의 1차측으로 피드백할 수 있다. 이에, 전원공급부 출력단 전압에 의한 피드백 제어가 수행된다.
정전압 제어부는 변환부의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터, 전압 레귤레이터의 전압 비교를 위한 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 전압 레귤레이터에 전류를 인가하는 바이어스 저항, 전압 레귤레이터에서 조절된 전압을 변환부의 1차측으로 전달하는 포토커플러 및 시스템부로 공급되는 전압이 충전되는 제1 평활 캐패시터를 포함하며, 블로킹 다이오드는 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 전압 레귤레이터, 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 바이어스 저항 및 포토 커플러로 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 제1 및 제2 레퍼런스 저항과, 바이어스 저항에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
정전압 제어부는 전압 레귤레이터, 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 바이어스 저항 및 포토 커플러로 공급되는 전압이 충전되는 제2 평활 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 이에, 정전압 제어를 위한 최소 전력의 공급이 가능하다.
제2 평활 캐패시터의 용량은 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작을 수 있다. 이에, 스위칭 오프 구간에서의 전력 손실이 제2 평활 캐패시터에 저장된 에너지로 최소화된다.
제2 평활 캐패시터는 스위칭부의 스위칭 주기와 관계없이 스위칭부의 오프 구간에서 조기 방전될 수 있다. 이에, 오프 구간에서의 전력 손실을 최소화하면서도, 정상적으로 스위칭부의 온/오프 동작이 수행된다.
한편, 본 발명 다른 실시예에 따른 전자장치는, 전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와; 대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와, 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 공급되는 전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함하는 전원공급부를 포함하며, 정전압 제어부는, 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되도록 전원공급부의 출력측으로부터 순차적으로 연결되는 제1 및 제2 평활 캐패시터와, 제1 및 제2 평활 캐패시터 사이에 위치하며 제1 평활 캐패시터로부터 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 오프 구간에서 정전압 제어부의 구성들에 의한 전력 소모를 저감할 수 있다.
제2 평활 캐패시터의 용량은 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 전자장치. 이에, 스위칭 오프 구간에서의 전력 손실이 제2 평활 캐패시터에 저장된 에너지로 최소화된다.
제2 평활 캐패시터는 스위칭부의 스위칭 주기와 관계없이 스위칭부의 오프 구간에서 조기 방전될 수 있다. 이에, 오프 구간에서의 전력 손실을 최소화하면서도, 정상적으로 스위칭부의 온/오프 동작이 수행된다.
정전압 제어부는 스위칭부의 온 구간에서 변환부의 2차측 전압을 변환부의 1차측으로 피드백할 수 있다. 이에, 전원공급부 출력단 전압에 의한 피드백 제어가 수행된다.
정전압 제어부는 변환부의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터, 전압 레귤레이터의 전압 비교를 위한 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 전압 레귤레이터에 전류를 인가하는 바이어스 저항 및 전압 레귤레이터에서 조절된 전압을 변환부의 1차측으로 전달하는 포토커플러를 포함하며, 블로킹 다이오드는 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 전압 레귤레이터, 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 바이어스 저항 및 포토 커플러로 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 제1 및 제2 레퍼런스 저항과, 바이어스 저항에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명 일실시예에 따른 전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와, 시스템부에 전원을 출력하는 전원공급부를 포함하는 전자장치의 전원제어방법은, 전자장치가 대기모드로 진입하는 단계와; 기설정된 스위칭 주기에 따라 전원공급부의 스위칭부가 온 되는 단계와; 변환부의 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 단계와; 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 출력하는 단계와; 스위칭부가 오프되는 단계와; 블로킹 다이오드에 의해 전원공급부의 출력측으로부터의 정전압 제어부로 전류가 흐르는 것이 차단되는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 오프 구간에서 정전압 제어부의 구성들에 의한 전력 소모를 저감할 수 있다.
레귤레이팅된 변환부의 2차측 전압을 변환부의 1차측으로 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에, 전원공급부 출력단 전압에 의한 피드백 제어가 수행된다.
정전압 제어부는 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되는 제1 및 제2 평활 캐패시터를 더 포함하고, 블로킹 다이오드는 제1 및 제2 평활 캐패시터 사이에 위치하며, 전류가 차단되는 단계는, 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 정전압 제어부로 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 정전압 제어부에서 손실되는 것을 방지할 수 있다.
제2 평활 캐패시터의 용량은 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작을 수 있다. 이에, 스위칭 오프 구간에서의 전력 손실이 제2 평활 캐패시터에 저장된 에너지로 최소화된다.
스위칭부의 오프 구간에서 제2 평활 캐패시터가 조기 방전되는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에, 오프 구간에서의 전력 손실을 최소화하면서도, 정상적으로 스위칭부의 온/오프 동작이 수행된다.
한편, 본 발명 일실시예에 따른 전원공급장치는, 대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와; 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와; 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 공급되는 전압을 제어하며, 변환부의 2차측 전압을 변환부의 1차측으로 피드백하는 정전압 제어부를 포함하며, 정전압 제어부는, 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되며 전원공급장치의 출력단에 마련되는 제1 평활 캐패시터와, 스위칭부의 오프 구간에서 제1 평활 캐패시터로부터 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 오프 구간에서 정전압 제어부의 구성들에 의한 전력 소모를 저감할 수 있다.
정전압 제어부는 정전압제어부에 공급되는 전압이 충전되는 제2 평활 캐패시터를 더 포함하며, 제2 평활 캐패시터는 스위칭부의 스위칭 주기와 관계없이 스위칭부의 오프 구간에서 조기 방전될 수 있다. 이에, 스위칭 오프 구간에서의 전력 손실이 제2 평활 캐패시터에 저장된 에너지로 최소화된다.
정전압 제어부는 변환부의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터, 전압 레귤레이터의 전압 비교를 위한 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 전압 레귤레이터에 전류를 인가하는 바이어스 저항 및 전압 레귤레이터에서 조절된 전압을 변환부의 1차측으로 전달하는 포토커플러를 포함하며, 블로킹 다이오드는 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 전압 레귤레이터, 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 바이어스 저항 및 포토 커플러로 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 제1 및 제2 레퍼런스 저항과, 바이어스 저항에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전원공급장치의 구성을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자장치의 구성을 도시한 블록도이며,
도 3은 도 2의 전원공급부의 구성을 도시한 회로도이며,
도 4는 도 1에 도시된 종래의 전압공급부에서의 대기모드에서의 전원 레벨을 도시한 그래프이며,
도 5는 도 3의 본 발명 실시예에 따른 전압공급부에서의 대기모드에서의 전원 레벨을 도시한 그래프이며,
도 6은 본 발명 실시예에 의한 전자장치의 전원제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자장치(1)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 도 2의 전원공급부(100)의 구성을 도시한 회로도이다.
전자장치(1)는 TV, 모니터 등의 디스플레이장치, MP3 플레이어, 휴대폰 등의 휴대용 단말장치, 데스크탑, 랩탑 등의 컴퓨터 등으로 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자장치(1)는 시스템부(200)에 대기전원을 공급하는 전원공급부(100)와, 동작을 수행하는 시스템부(200)를 포함할 수 있다.
시스템부(200)는 전자장치(1)의 동작을 수행한다. 예를 들어, 전자장치(1)가 디스플레이장치인 경우, 시스템부(200)는 외부의 영상공급원으로부터 제공되는 영상신호를 기 설정된 영상처리 프로세스에 따라서 처리하여 영상으로 표시하며, 영상신호를 처리하는 영상처리부, 영상신호를 영상으로 표시하는 디스플레이부, 외부와 통신을 수행하는 통신부, 각종 데이터가 저장되는 저장부 및 디스플레이장치를 제어하는 CPU 등을 포함할 수 있다.
시스템부(200)는 복수의 전원모드를 가지며, 전자장치(1)는 시스템부(200)가 동작을 수행하지 않는 상태로 소정 시간이 경과하면, 일부 구성에 전원 공급을 중단하는 대기모드로 진입한다.
예를 들어, 디스플레이장치는 대기모드로 진입한 상태에서, 사용자 명령을 입력받는 리모트 컨트롤러와 통신을 수행하거나, USB와 같은 외부 입력을 감지하는 통신부에는 전원을 공급할 수 있다. 디스플레이장치의 제어부가 통신부를 통해 외부 입력을 감지하면, 시스템부(200)의 대기모드가 해제되고, 전원모드가 일반모드로 전환될 수 있다.
전원공급부(100)는 시스템부(200)에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치의 기능의 일부를 수행한다. 본 실시예의 전원공급부(100)는 스위칭 모드 전원공급장치(switching mode power supply, SMPS)로 구현될 수 있다. 또한, 전원공급부(100)(이하, 전원공급장치 라고도 함)는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 컨버징하여, 대기모드(스탠바이 모드) 상태인 시스템부(200)에 대기전원(스탠바이 전원)으로 출력할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전원공급부(100)는 입력 AC 전원을 정류하는 정류부(110)와, 스위칭부(130)의 스위칭 동작을 위한 제어신호를 생성하여 출력하는 스위칭 제어부(120)와, 스위칭 제어부(120)의 출력을 입력받아 동작하는 스위칭부(FET)(130)와, 스위칭부(130)의 스위칭 동작에 응답하여 1차측의 DC 전원을 2차측으로 전달하는 변환부(140)와, 변환부(140)의 2차측 DC 전원을 정류하여 출력 전원(Vout)으로 시스템부(200)에 공급하는 정전압 제어부(150)를 포함한다. 여기서, 대기모드에서 전원공급부(100)로부터 시스템부(200)에 출력되는 전원(Vout)은 대기(standby) 전원이 된다.
정류부(110)는 도 2와 같이 복수의 다이오드를 포함하는 브릿지 정류회로로 구현되어, 입력 AC 전원을 DC 전원으로 변환한다.
스위칭 제어부(120)는 단일 칩(Single Chip)의 IC로 구현되며, 스위칭부(130)를 구동하는 스위칭 제어신호를 생성한다.
스위칭부(130)는 스위칭 제어부(120)로부터 스위칭 제어신호를 인가받아, 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
본 실시예에 따르면, 전원공급부(100)는 대기상태와 같은 저 부하 조건에서 스위칭에서 발생하는 손실을 감소시키기 위해 버스트(burst) 모드로 동작할 수 있다. 버스트 모드에서 스위칭부(130)는 기설정된 스위칭 주기 즉, 버스트 주기에 따라 스위칭을 수행하며, 이러한 버스트 주기에 따른 소정 구간(오프 구간 또는 버스트 오프 구간)에서는 스위칭이 완전히 중단되어, 불필요한 스위칭 동작에 의한 전력 소모가 방지된다.
여기서, 버스트 주기는 밀리초(millisecond, msec) 단위에서 초저 대기전력 구현이 가능한 주기, 예를 들어 초(second, sec) 단위를 가지도록 미리 설정될 수 있다. 본 실시예에서는 전원공급부(100)가 대기전력 0.00W(제로 와트)를 실현할 수 있도록, 스위칭부(130)가 소정 초(sec)(예를 들어, 3초, 5초 등) 동안 스위칭을 수행하지 않는 오프 구간을 가지도록 구현될 수 있다.
스위칭부(130)의 스위칭 주기 즉, 버스트 주기는 외부 입력이나, RC 시정수 등을 이용하여 미리 설정될 수 있다. 스위칭 제어부(120)는 이렇게 기설정된 스위칭 주기에 대응하는 스위칭 제어신호를 생성하여 스위칭부(130)에 출력한다. 여기서, 기설정되는 스위칭 주기는 후술하는 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템부(200)에 출력 전압(Vout)이 정상적으로 공급될 수 있도록 결정되는 것이 바람직하다.
스위칭부(130)는 스위칭 제어부(120)의 스위칭 제어신호에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)된다. 스위칭 제어신호는 예를 들어 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호(이하, PWM 신호 라고도 한다)일 수 있으며, 스위칭 제어부(120)는 PWM control IC로 구현되어, 스위칭부(130)의 온 구간에 대응하여 PWM 신호를 출력할 수 있다.
스위칭 제어부(120)가 동작을 수행하면 이에 응답하여 스위칭부(130)가 온 또는 오프된다. 그리고, 스위칭부(130)의 온 구간에서 변환부(140)의 2차측으로 DC 전원이 전달될 수 있다.
스위칭부(130)는 MOSFET과 같은 스위칭 소자로 구현되며, 변환부(140)는 1차측 및 2차측 권선을 가지는 트랜스포머(Transformer)로 구현될 수 있다.
본 실시예의 스위칭 제어부(120)는 도 3과 같이 정전압 제어부(150)의 포토 커플러(152, 153)를 통해 변환부(140)의 2차측 전원을 피드백 받을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정전압 제어부(150)는 변환부(140)를 통해 전달된 전원을 정류하는 정류기(Rectifier) D1, 변환부(140)의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터(regulator)(151), 전압 레귤레이터 (151)의 전압 비교를 위한 제1 레퍼런스(reference) 저항 R1과 제2 레퍼런스 저항 R2, 전압 레귤레이터(151)에 전류를 인가하기 위한 바이어스(bias) 저항 R3, 전압 레귤레이터(151)에서 조절된 전압을 변환부(140)의 1차측으로 전달하는 포토커플러(152, 153), 전원공급부(100)의 출력측으로부터 순차적으로 연결되는 제1 평활 캐패시터(Capacitor) C1과 제2 평활 캐패시터 C2, 제1 및 제2 평활 캐패시터 C1, C2의 사이에 위치하는 블로킹 다이오드 D2를 포함한다.
전압 레귤레이터(151)는 변환부(140)의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부(200)로 공급되도록 제어한다. 본 실시예에서 전압 레귤레이터(151)는 TL431, KA431 등의 션트 레귤레이터(shunt regulator)로 구현되며, 시스템부(200)로 공급되는 출력 전압이 소정 레벨 예를 들어, 5V를 유지하도록 정전압 제어를 수행할 수 있다.
이를 위해 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2는 저항값은 전압 레귤레이터(151)의 레귤레이팅에 의해 R2에 인가되는 전압이 소정 레퍼런스 전압 즉, 2.5V가 되도록 설정될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2의 저항값이 10kΩ인 경우를 예로 들어 설명하지만, 저항값은 이에 한정되지 않는다.
본 실시예의 정전압 제어부(150)에서는 SSR(Secondary Side Regulation) 방식의 피드백 회로(feedback circuit)로 구현되어, 스위칭부(130)의 온/오프 동작에 의해 발생하는 출력 전압(Vout)에 대하여, R2에 인가되는 전압과 기설정된 레퍼런스 전압을 비교하고, 전압 레귤레이터(151)가 R2에 기설정된 레퍼런스 전압 예를 들어, 2.5V가 인가되도록 레귤레이팅 즉, 조절을 수행 한다. 이렇게 조절된 변환부(140)의 2차측 전압은 포토커플러의 발광부(152) 및 수광부(153)를 통해 피드백 신호로서 1차측으로 전달된다.
상기와 같은 피드백 회로로 구현된 정전압 제어부(150)에서는 피드백을 이용한 정전압 제어를 위한 레귤레이션 과정에서, 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2에서 일정량의 전력 손실이 발생하게 된다.
구체적으로, 레률레이션의 타깃 레벨이 되는 출력전압(Vout)이 5V, 제1 레퍼런스 저항 R1의 저항값이 10kΩ, 제2 레퍼런스 저항 R2의 저항값이 10kΩ인 경우를 예를 들면, 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2에서 발생하는 전력손실 Ploss는 다음의 수학식과 같다.
Figure 112014068699579-pat00001
여기서, 출력 전압(Vout)의 레벨이 높을수록 전력 손실은 증가한다.
도 1에 도시된 종래의 전압공급부(10)의 정전압 제어부(15)에서는 스위칭부(13)의 오프 구간에서 위와 같은 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2에서의 상당량의 전력 손실(Ploss)이 발생한다. 따라서, 스위칭부(13)의 온 구간동안 평활 캐패시터 Capacitor C1에 충전된 전압에 대응하는 전력 즉, 에너지가, 스위칭부(13)의 오프 구간에서 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2를 통해 소모된다.
도 4는 도 1에 도시된 종래의 전압공급부에서의 대기모드에서의 전원 레벨을 도시한 그래프이다.
종래의 전압공급부(10)에서는 스위칭 제어부(12)의 제어신호에 응답하여 기설정된 스위칭 주기에 따라 스위칭부(13)가 순차적으로 온/오프된다. 여기서, 스위칭 주기는 외부 입력 등에 의해 미리 설정된 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭부(13)의 온 구간에서는(switch on), 변환부(14)의 2차측으로 전압이 전달되고, 이에 출력 전압(Vout)이 증가한다. 그리고, 이에 응답하여 평활 캐패시터 C1에 전압이 충전된다.
다음, 스위칭부(14)가 동작을 수행하지 않는 오프 구간(switch off)에 진입하면, 변환부(14)의 2차측으로는 전압이 전달되지 않으며, 이에 정전압 제어부(15)는 평활 캐패시터 C1에 충전된 전압에 의해 피드백을 포함한 전압 레귤레이팅을 수행하게 된다. 이 과정에서 도 4와 같이 출력 전압(Vout)이 감소하며, 평활 캐패시터 C1에 충전된 전압이 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2 등에 의해 모두 소모되며, 이에 의한 전력 손실이 발생하게 된다. 여기서, 발생되는 전력 손실은 도 4의 출력 전압 드롭(drop) 폭 a에 대응한다.
도 3에 도시된 본 발명 실시예에서는 블로킹 다이오드 D2에 의해 오프 구간에서 전원공급부(100)의 출력측으로부터 정전압 제어부(150)로 전류가 흐르지 않도록 차단한다. 즉, 제1 평활 캐패시터 D1에 충전된 전압이 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2에 의해 소모되는 것이 방지된다.
도 5는 도 3의 본 발명 실시예에 따른 전압공급부에서의 대기모드에서의 전원 레벨을 도시한 그래프이다.
본 실시예에 따른 전압공급부(100)에서는 스위칭 제어부(120)의 제어신호에 응답하여 기설정된 스위칭 주기에 따라 스위칭부(130)가 순차적으로 온/오프된다. 여기서, 스위칭 주기는 정전압 제어부(150)를 통해 피드백되는 전원과 관계없이 외부 입력 등에 의해 미리 설정된 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭부(130)의 온 구간에서는(switch on), 변환부(140)의 2차측으로 전압이 전달되고, 이에 출력 전압(Vout)이 증가한다. 그리고, 이에 응답하여 블로킹 다이오드 D2를 통해 제1 평활 캐패시터 C1에 전압이 충전된다. 아울러, 제2 평활 캐패시터 C2에도 전압이 충전된다.
여기서, 제2 평활 캐패시터 C2의 용량은 제1 평활 캐패시터 C1의 용량보다 작게 설정된다. 구체적으로, 제2 평활 캐패시터 C2의 용량은 제1 평활 캐패시터 C1의 용량에 대해 1/10 이하로 설정되어, 정전압 제어부(150)의 동작에 필요한 최소 용량값이 제2 평활 캐패시터 C2에 적용되도록 할 수 있다.
정전압 제어부(150)는 이렇게 제1 및 제2 평활 캐패시터 C1, C2에 에 전압을 충전하면서, 스위칭부(130)의 온 구간에서 전압 레귤레이터(151)와 포토 커플러(152, 153)를 이용한 레귤레이팅을 수행한다.
다음, 스위칭부(130)가 동작을 수행하지 않는 오프 구간(switch off)에 진입하면, 변환부(140)의 2차측으로는 전압이 전달되지 않으며, 이에 정전압 제어부(150)는 평활 캐패시터 C2에 충전된 전압에 의해 피드백을 포함한 전압 레귤레이팅을 수행하게 된다. 이 과정에서 제2 평활 캐패시터 C1에 충전된 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2 등에 의해 소모되므로, 용량이 작은 제2 평활 캐패시터 C2는 조기 방전된다. 이에 따라, 도 5와 같이 C2 즉, 피드백단 전압(F/D)은 오프 구간에서 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제1 평활 캐패시터 C1에 충전된 전압은 블로킹 다이오드 D2에 의해 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2를 포함한 정전압 제어부(150)로 공급되는 것이 차단된다.
따라서, 제1 평활 캐패시터 C1에 충전된 전압은 오프 구간에서는 오직 시스템부(200)에 의해 소모되며, C1 즉, 출력단 전압(Vout)은 서서히 감소되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 발생되는 전력 손실은 도 5의 출력 전압 드롭(drop) 폭 b에 대응한다.
한편, 본 발명 실시예에서 정전압 제어부(150)의 스위칭부(130)는 기설정된 스위칭 주기에 따라 온/오프 스위칭 동작을 수행하므로, 제2 평활 캐패시터 C2가 조기 방전되어 전압 레귤레이터(151)와 포토 커플러(152, 153)에 전원이 인가되지 않는 상태에서도, 스위칭부(130)는 정상적으로 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제2 평활 캐패시터 C2는 스위칭부(130)의 스위칭 주기와 관계없이, 오프 구간에서 조기 방전될 수 있다.
상기와 같은, 본 발명 실시예의 스위칭 모드 전원공급장치(100) 스위칭부(130)의 온 구간동안 제1 평활 캐패시터 C1에 충전된 전압이, 오프 구간에서 정전압 제어부(150)의 구성인 전압 레귤레이터(151)와, 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2와, 바이어스 저항 R3와, 포토 커플러로 공급되는 것이 차단된다. 이에 따라, 정전압 제어부(150)에서 발생하는 전력 소모를 저감하는 방식으로 대기전력 절감효과를 개선하여 0.00W(제로 와트)를 실현할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예에 따른 전자장치(1)의 전원제어과정에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명 실시예에 의한 전자장치(1)의 전원제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자장치(1)는 소정 기간 동안 동작을 수행하지 않으면, 전력 소모를 줄이기 위해 대기모드로 진입한다(S601).
단계 S601에서 대기모드로 진입하면, 전원공급부(100)의 스위칭 제어신호가 스위칭제어부(120)로부터 스위칭부(130)부로 인가되며, 이에 따라 스위칭부(130)가 온(ON) 될 수 있다 (S602). 여기서. 스위칭부(130)는 기설정된 스위칭 주기에 따른 온/오프 스위칭 동작을 수행한다.
단계 S602의 스위칭 동작에 응답하여 변환부(140)의 1차측 전압이 2차측 전압으로 전달된다(S603).
정전압 제어부(150)의 전압 레귤레이터(151)는 단계 S603에서 전달된 변환부(140)의 2차측 전압인 전원공급부(150)의 출력전압(Vout)을 레귤레이팅하여 시스템부(200)로 출력한다(S604). 출력전압(Vout)는 블로킹 다이오드 D2를 통해 시스템부(200)에 공급되며, 제1 및 제2 평활 캐패시터 C1, C2에는 전압이 충전된다. 또한, 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1, R2와 바이어스 저항 R3에 전압이 인가되며, 바이어스 저항 R3는 전압 레귤레이터(151) 구동을 위한 바이어스 전류(bias current)를 공급한다.
단계 S604와 같이 레귤레이팅되는 2차측 전압은 정전압 제어부(150)의 포토 커플러(152, 153)을 통해 변환부(140)의 1차측에 마련된 스위칭 제어부(120)로 피드백 정보가 전달된다(S605).
단계 S603 및 S604에서 정전압 제어부(150)는, 전압 레귤레이터(151)에 의해 출력전압(Vout)에 대해 제2 레퍼런스 저항 R2에 인가되는 전압과 기설정된 레퍼런스 전압을 비교 및 조절하며, 포토 커플러(152, 153)를 이용하여 피드백 제어를 수행함으로써, 출력전압(Vput)에 대한 정전압 제어가 가능할 수 있다.
다음, 기설정된 스위칭 주기에 따라 단계 S602에서 온 되었던 스위칭부(130)가 오프(OFF) 된다(S606). 이에, 스위칭부(130)가 동작을 수행하지 않게 되므로, 변환부(140)에서는 1차측으로부터 2차측으로의 전원 전달이 이루어지지 않게 된다.
단계 S306에서 스위칭부(130)가 오프되면, 단계 S604에서 제1 및 제2 평활 캐패시터 C1, C2에 충전된 전압에 의해 정전압 제어부(150)의 구성들에 전원이 공급되며, 블로킹 다이오드 D2에 의해 제1 평활 캐패시터 C1으로부터 정전압 제어부(150) 측으로 전류가 흐르는 것이 차단된다(S607). 이에 따라, 시스템부(200)는 제1 평활 캐패시터 C1로부터 전원이 공급되며, 정전압 제어부(150)의 구성들 즉, 전압 레귤레이터(151), 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1 및 R2, 바이어스 저항 R3, 포토 커플러(152, 153)는 제2 평활 캐패시터 C1로부터 전원을 공급받게 된다.
그리고, 낮은 용량(제1 평활 캐패시터 C1의 1/10 이하)을 가지는 제2 평활 캐패시터 C2는 조기 방전된다(S608). 즉, 도 5와 같이, C2의 F/D 전압은 C1의 출력단 전압과 비교하여 스위칭 오프 구간에서 조기 방전되므로, 더 이상 제1 및 제2 레퍼런스 저항 R1 및 R2, 바이어스 저항 R3 등에 의한 전력소모가 발생하지 않게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 전원공급부(100)의 출력측으로부터 정전압 제어부(150)로 흐르는 전류를 블로킹 다이오드 D2에 의해 차단시킴으로써, 스위칭 오프 구간에서 발생되는 전력 소모를 감소시켜, 대기전력을 저감 효과를 기대할 수 있다.
또한, 제1 평활 캐패시터 C1에 의해 시스템부(100)가 필요로 하는 대기전원을 안정적으로 공급하면서도, 정전압 제어부(150) 동작을 위한 최소 용량을 제2 평활 캐패시터 C2에 적용하여 C2를 조기 방전 시킴으로써 오프 구간에서 소모되는 대기전력을 최소화할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명 실시예에 따른 전원공급장치 또는 이를 포함하는 전자장치에서는 실질적으로 대기전력 0.00W(제로 와트)를 달성하고, 나아가 에너지 절감 정책에 따른 전력규제를 만족할 수 있게 된다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
1 : 전자장치 100 : 전원공급부
110 : 정류부 120 : 스위칭 제어부
130 : 스위칭부 140 : 변환부
150 : 정전압 제어부 200 : 시스템부

Claims (19)

  1. 전자장치에 있어서,
    전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와;
    대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와, 상기 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 상기 시스템부로 공급되는 전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함하는 전원공급부를 포함하며,
    상기 정전압 제어부는,
    상기 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되도록 상기 전원공급부의 출력측으로부터 순차적으로 연결되는 제1 평활 캐패시터 및 제2 평활 캐패시터와,
    상기 제1 평활 캐패시터 및 상기 제2 평활 캐패시터 사이에 위치하여, 상기 스위칭부의 오프 구간에서 상기 제1 평활 캐패시터로부터 상기 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함하며,
    상기 블로킹 다이오드는 애노드가 상기 제2 평활 캐패시터에, 캐소드가 상기 제1 평활 캐패시터에 각각 연결되고, 상기 블로킹 다이오드의 애노드에 연결된 제2 평활 캐패시터의 용량이 상기 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 전자장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전압 제어부는 상기 스위칭부의 온 구간에서 상기 변환부의 2차측 전압을 상기 변환부의 1차측으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정전압 제어부는 상기 변환부의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터, 상기 전압 레귤레이터의 전압 비교를 위한 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 상기 전압 레귤레이터에 전류를 인가하는 바이어스 저항, 상기 전압 레귤레이터에서 조절된 전압을 상기 변환부의 1차측으로 전달하는 포토커플러를 포함하며,
    상기 블로킹 다이오드는 상기 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 상기 전압 레귤레이터, 상기 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 상기 바이어스 저항 및 상기 포토 커플러로 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 평활 캐패시터에 충전된 전압이 상기 전압 레귤레이터, 상기 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 상기 바이어스 저항 및 상기 포토 커플러로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 평활 캐패시터는 상기 스위칭부의 스위칭 주기와 관계없이 상기 스위칭부의 오프 구간에서 조기 방전되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 전원을 공급받아 동작을 수행하는 시스템부와, 상기 시스템부에 전원을 출력하는 전원공급부를 포함하는 전자장치의 전원제어방법에 있어서,
    상기 전자장치가 대기모드로 진입하는 단계와;
    기설정된 스위칭 주기에 따라 상기 전원공급부의 스위칭부가 온 되는 단계와;
    변환부의 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 단계와;
    상기 2차측 전압을 레귤레이팅하여 상기 시스템부로 출력하는 단계와;
    상기 스위칭부가 오프되는 단계와;
    블로킹 다이오드에 의해 상기 전원공급부의 출력측으로부터 정전압 제어부로 전류가 흐르는 것이 차단되는 단계를 포함하며,
    상기 정전압 제어부는
    상기 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되도록 상기 전원공급부의 출력측으로부터 순차적으로 연결되는 제1 평활 캐패시터 및 제2 평활 캐패시터와,
    상기 제1 평활 캐패시터 및 제2 평활 캐패시터 사이에 위치하여, 상기 스위칭부의 오프 구간에서 상기 제1 평활 캐패시터로부터 상기 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함하며,
    상기 블로킹 다이오드는 애노드가 상기 제2 평활 캐패시터에, 캐소드가 상기 제1 평활 캐패시터에 각각 연결되고, 상기 블로킹 다이오드의 애노드에 연결된 제2 평활 캐패시터의 용량이 상기 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 전자장치의 전원제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    레귤레이팅된 상기 변환부의 2차측 전압을 상기 변환부의 1차측으로 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 전원제어방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 전류가 차단되는 단계는, 상기 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 상기 정전압 제어부로 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 전원제어방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 스위칭부의 오프 구간에서 상기 제2 평활 캐패시터가 조기 방전되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 전원제어방법.
  17. 전원공급장치에 있어서,
    대기모드에서 기설정된 주기에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와;
    상기 스위칭부의 스위칭 동작에 응답하여 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 변환부와;
    상기 변환부의 2차측 전압을 레귤레이팅하여 시스템부로 공급되는 전압을 제어하며, 상기 변환부의 2차측 전압을 상기 변환부의 1차측으로 피드백하는 정전압 제어부를 포함하며,
    상기 정전압 제어부는,
    상기 스위칭부의 온 구간동안 전압이 충전되도록 상기 전원공급장치의 출력측으로부터 순차적으로 연결되는 제1 평활 캐패시터 및 제2 평활 캐패시터와,
    상기 제1 평활 캐패시터 및 제2 평활 캐패시터 사이에 위치하여, 상기 스위칭부의 오프 구간에서 상기 제1 평활 캐패시터로부터 상기 정전압 제어부로 전류가 흐르지 않도록 차단하는 블로킹 다이오드를 포함하며,
    상기 블로킹 다이오드는 애노드가 상기 제2 평활 캐패시터에, 캐소드가 상기 제1 평활 캐패시터에 각각 연결되고, 상기 블로킹 다이오드의 애노드에 연결된 제2 평활 캐패시터의 용량이 상기 제1 평활 캐패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 평활 캐패시터는 상기 스위칭부의 스위칭 주기와 관계없이 상기 스위칭부의 오프 구간에서 조기 방전되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 정전압 제어부는 상기 변환부의 2차측 전압을 조절하는 전압 레귤레이터, 상기 전압 레귤레이터의 전압 비교를 위한 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 상기 전압 레귤레이터에 전류를 인가하는 바이어스 저항 및 상기 전압 레귤레이터에서 조절된 전압을 상기 변환부의 1차측으로 전달하는 포토커플러를 포함하며,
    상기 블로킹 다이오드는 상기 제1 평활 캐패시터에 충전된 전압이 상기 전압 레귤레이터, 상기 제1 및 제2 레퍼런스 저항, 상기 바이어스 저항 및 상기 포토 커플러로 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
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