KR20050001213A - High efficiency power supply - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동 등에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device. In particular, a high efficiency power supply device for improving power efficiency by minimizing a dropout voltage generated by a linear regulator regardless of a voltage variation of an AC input power or a load current variation of an output stage. It is about.
본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 전원 공급 장치에 있어서, 입력 AC 전원을 1차측 코일에 인가하고, 상기 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 상기 2차측 코일에 유기되는 전압을 변압시키기 위한 변압기, 상기 변압기의 2차측 코일에서 출력되는 AC 전압을 정류시키기 위한 정류기, 상기 정류기에서 출력되는 신호를 스위칭 제어신호에 따라서 출력시키거나 차단시키기 위한 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단에서 출력되는 신호를 소정의 DC 전압으로 변환시키기 위한 선형 레귤레이터 및 상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 신호의 크기에 따라서 스위칭 온/오프 구간의 길이가 가변되는 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 포스트 레귤레이터를 포함함을 특징으로 한다.The high efficiency power supply device according to the present invention is a power supply device for applying an input AC power to the primary coil, and for transforming the voltage induced in the secondary coil in accordance with the winding ratio of the primary coil and the secondary coil A transformer, a rectifier for rectifying the AC voltage output from the secondary coil of the transformer, a switching means for outputting or interrupting the signal output from the rectifier in accordance with a switching control signal, and a signal output from the switching means. A linear regulator for converting to a DC voltage and a post regulator for generating a switching control signal whose length of a switching on / off interval varies according to a magnitude of a difference signal between an input terminal voltage and an output terminal voltage of the linear regulator. It features.
Description
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동 등에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device. In particular, a high efficiency power supply device for improving power efficiency by minimizing a dropout voltage generated by a linear regulator regardless of a voltage variation of an AC input power or a load current variation of an output stage. It is about.
일반적으로, 전자기기의 전원 공급 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 변압기(110), 정류기(120), 리플 필터(C1) 및 선형 레귤레이터(130)로 구성된다.In general, the power supply of the electronic device is composed of a transformer 110, a rectifier 120, a ripple filter (C1) and a linear regulator 130 as shown in FIG.
AC 입력 전원은 변압기(110)에서 1차측 코일과 2차측 코일의 권선 비에 따라서 변압된 후에, 다이오드 D1∼D4로 구성된 브리지 정류 회로의 정류기(120)에서 전파 정류되고 리플 필터(C1)에 의하여 리플을 줄이고 나서 선형 레귤레이터(130)에 인가된다.After the AC input power is transformed according to the winding ratio of the primary coil and the secondary coil in the transformer 110, it is full-wave rectified in the rectifier 120 of the bridge rectifier circuit composed of diodes D1 to D4, and by the ripple filter C1. The ripple is reduced and then applied to the linear regulator 130.
선형 레귤레이터(130)는 전자기기에서 사용되는 DC 전원을 생성시키기 위한 DC-DC 변환 회로로 구성된다. 선형 레귤레이터(130)의 입력 전압(Vi)과 출력 전압(Vo)의 차를 드롭아웃(dropout) 전압이라 칭하며, 전력 손실은 드롭아웃 전압에 비례하여 커지게 된다.The linear regulator 130 is composed of a DC-DC conversion circuit for generating a DC power source used in the electronic device. The difference between the input voltage of the linear regulator (130) (V i) and the output voltage (V o) referred to as drop-out voltage (dropout), the power loss becomes large in proportion to the drop-out voltage.
그런데, 이 드롭아웃 전압은 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 부하 전류가 변동되는 경우에 이에 연동하여 가변된다. 따라서, AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 부하 전류가 변동되면 드롭아웃 전압이 가변되고, 이로 인하여 전력 손실이 발생되어 전력 효율이 저하되는 문제점이 있었다.However, this dropout voltage is varied in conjunction with this when the voltage of the AC input power source is changed or the load current is changed. Accordingly, when the voltage of the AC input power is changed or the load current is changed, the dropout voltage is changed, thereby causing a power loss, thereby lowering the power efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to minimize the dropout voltage generated in the linear regulator to improve the power efficiency irrespective of the voltage variation of the AC input power source or the load current variation of the output terminal to solve the above problems. To provide a high efficiency power supply.
도 1은 종래의 기술에 의한 전원 공급 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a power supply apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a high efficiency power supply according to the present invention.
도 3(a)∼(f)는 도 2의 주요 신호들의 파형도를 도시한 것이다.3A to 3F show waveform diagrams of the main signals of FIG. 2.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 전원 공급 장치에 있어서, 입력 AC 전원을 1차측 코일에 인가하고, 상기 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 상기 2차측 코일에 유기되는 전압을 변압시키기 위한 변압기, 상기 변압기의 2차측 코일에서 출력되는 AC 전압을 정류시키기 위한 정류기, 상기 정류기에서 출력되는 신호를 스위칭 제어신호에 따라서 출력시키거나 차단시키기 위한 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단에서 출력되는 신호를 소정의 DC 전압으로 변환시키기 위한 선형 레귤레이터 및 상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 신호의 크기에 따라서 스위칭 온/오프 구간의 길이가 가변되는 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 포스트 레귤레이터를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, in the high-efficiency power supply device according to the present invention, in the power supply device, an input AC power is applied to the primary coil, and the secondary coil is applied to the secondary coil in accordance with the turns ratio of the primary coil and the secondary coil. A transformer for transforming a induced voltage, a rectifier for rectifying an AC voltage output from a secondary coil of the transformer, a switching means for outputting or blocking a signal output from the rectifier in accordance with a switching control signal, the switching means Generating a linear regulator for converting the signal output from the DC voltage to a predetermined DC voltage and a switching control signal whose length of the switching on / off period is variable according to the magnitude of the difference signal between the input terminal voltage and the output terminal voltage of the linear regulator It is characterized by including a post regulator for.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 변압기(210), 정류기(220), 스위칭 수단(230), 리플 필터(C21), 선형 레귤레이터(240) 및 포스트 레귤레이터(250)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the high efficiency power supply according to the present invention includes a transformer 210, a rectifier 220, a switching means 230, a ripple filter C21, a linear regulator 240, and a post regulator 250. It includes.
위의 포스트 레귤레이터(250)는 세부적으로 제로 크로싱 감지부(250-1), PWM 기준신호 생성부(250-2), 차 전압 생성부(250-3), 에러신호 생성부(250-4) 및 비교부(250-5)를 포함한다.The post regulator 250 includes a zero crossing detector 250-1, a PWM reference signal generator 250-2, a difference voltage generator 250-3, and an error signal generator 250-4. And a comparator 250-5.
AC 입력 전원은 변압기(210)에서 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 변압된 후에, 다이오드 D21∼D24로 구성된 브리지 정류 회로의 정류기(220)에서 전파 정류된다.The AC input power is transformed in accordance with the turns ratio of the primary coil and the secondary coil in the transformer 210, and then full-wave rectified in the rectifier 220 of the bridge rectifier circuit composed of diodes D21 to D24.
즉, 변압기(210)의 2차측 코일에서 출력되는 도 3(a)와 같은 파형의 2차측 AC 전원은 정류기(220)에 의하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이 전파 정류된다.That is, the secondary AC power having the waveform as shown in FIG. 3 (a) output from the secondary coil of the transformer 210 is full-wave rectified by the rectifier 220 as shown in FIG. 3 (b).
정류기(220)에서 출력되는 신호는 포스트 레귤레이터(250)에서 생성되는 펄스 폭 변조된 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 수단(230)에서 스위칭 되어 출력된다.The signal output from the rectifier 220 is switched by the switching means 230 according to the pulse width modulated switching control signal generated by the post regulator 250 and output.
스위칭 수단(230)에서 출력되는 전압은 리플 필터(C21)에 의하여 리플을 줄이고 나서 선형 레귤레이터(240)에 인가된다.The voltage output from the switching means 230 is applied to the linear regulator 240 after reducing the ripple by the ripple filter C21.
선형 레귤레이터(240)는 DC-DC 변환 회로로 구성되어, 전자기기에서 회로 공급 전원으로 사용되는 DC 전원을 생성시킨다.The linear regulator 240 is composed of a DC-DC conversion circuit to generate a DC power source used as a circuit supply power supply in the electronic device.
그러면, 포스트 레귤레이터(250)의 동작에 대하여 세부적으로 살펴보기로 한다.Then, the operation of the post regulator 250 will be described in detail.
우선, 제로 크로싱 감지부(250-1)는 변압기(210)의 2차 코일에서 출력되는 AC 전압이 0V가 되는 포인트를 감지하여, 0V가 되는 포인트에서 도 3(c)와 같은 펄스를 생성시킨다.First, the zero crossing detection unit 250-1 detects a point at which the AC voltage output from the secondary coil of the transformer 210 becomes 0V, and generates a pulse as shown in FIG. .
PWM 기준신호 생성부(250-2)는 제로 크로싱 감지부(250-1)에서 생성된 펄스에 동기시켜 도 3(d)에 도시된 바와 같은 톱니파 신호(VD)를 생성시킨다.The PWM reference signal generator 250-2 generates the sawtooth wave signal V D as shown in FIG. 3 (d) in synchronization with the pulse generated by the zero crossing detector 250-1.
다음으로, 차 전압 생성부(250-3)는 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)과 출력 전압(VH)의 차 전압을 연산하여 출력한다.Next, the difference voltage generator 250-3 calculates and outputs a difference voltage between the input voltage V G and the output voltage V H of the linear regulator 240.
그리고 나서, 에러신호 생성부(250-4)에서 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압과 기준 전압(Vref)의 차에 상응하는 반전된 에러신호(VE)를 생성시킨다. 여기에서, 기준 전압(Vref)은 선형 레귤레이터(240)를 정상적으로 동작시킬 수 있는 최소한의 드롭아웃(dropout) 전압으로 결정하는 것이 효율적이다.Then, the error signal generator 250-4 generates the inverted error signal V E corresponding to the difference between the output voltage of the difference voltage generator 250-3 and the reference voltage Vref. Here, it is efficient to determine the reference voltage Vref as the minimum dropout voltage capable of normally operating the linear regulator 240.
그러면, 비교부(250-5)에서는 에러신호 생성부(250-4)의 출력신호인 에러신호(VE)와 PWM 기준신호 생성부(250-2)의 출력신호인 톱니파 신호(VD)를 비교하여 도 3(e)와 같은 펄스 폭 변조된 구형파의 스위칭 제어신호(VF)를 생성시킨다.Then, in the comparator 250-5, the error signal V E which is the output signal of the error signal generator 250-4 and the sawtooth wave signal V D which is the output signal of the PWM reference signal generator 250-2 are used. Comparing with the generated pulse width-modulated square wave switching control signal (V F ) as shown in Figure 3 (e).
즉, 비교부(250-5)는 에러신호(VE)와 톱니파 신호(VD)를 비교하여, 에러신호(VE)가 톱니파 신호(VD)에 비하여 작은 경우에만 "하이(high)" 상태를 유지하고, 그 외의 경우에는 "로우(low)" 상태를 유지시키는 스위칭 제어신호(VF)를 생성시킨다.That is, the comparator 250-5 compares the error signal V E and the sawtooth signal V D , and “highs” only when the error signal V E is smaller than the sawtooth signal V D. Maintains ", otherwise, generates a switching control signal V F for maintaining " low " state.
따라서, 스위칭 수단(230)에서는 스위칭 제어신호(VF)에 따라서 스위칭 제어신호(VF)가 "하이" 상태를 유지하는 구간에서만 정류기(220)의 출력 전압을 선형 레귤레이터(240)에 인가되도록 도통시키고, "로우" 상태를 유지하는 구간에서는 정류기(220)의 출력 전압이 선형 레귤레이터(240)로 인가되는 것을 차단시킨다.Therefore, to be applied to the switching means 230 in the switching control signal (V F) switching control signal (V F) is "high" linear regulator 240, the output voltage of the rectifier 220, only intervals to maintain the state in accordance with the In the period of conduction and maintaining a "low" state, the output voltage of the rectifier 220 is blocked from being applied to the linear regulator 240.
이에 따라서, 스위칭 제어신호(VF)가 도 3(e)와 같은 경우에 스위칭 수단(230)의 출력 전압(VG)은 도 3(f)와 같은 파형을 갖게 된다.Accordingly, when the switching control signal V F is the same as that of FIG. 3E, the output voltage V G of the switching means 230 has the waveform of FIG. 3F.
이와 같은 회로 구성에 의하여 포스트 레귤레이터(250)에서 생성되는 펄스 폭 변조된 스위칭 제어신호(VF)에 의하여 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동에 따라 출력 전류가 변동되어도 다음과 같은 원리에 의하여 일정한 드롭아웃(dropout) 전압을 유지할 수 있게 된다.By such a circuit configuration, even if the voltage of the AC input power fluctuates or the output current fluctuates according to the fluctuation of the output load by the pulse width modulated switching control signal V F generated by the post regulator 250, In principle, it is possible to maintain a constant dropout voltage.
첫 번째로, AC 입력 전원의 전압 또는 부하 전류가 변동되어 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압과 출력 전압의 차 전압인 드롭아웃 전압이 순간적으로 상승하게 되면, 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압이 상승하게 되고, 에러신호 생성부(250-4)는 반전된 특성을 갖도록 설계되어 있으므로 출력 전압(VE)은 이로 인하여 순간적으로 감소하게 된다. 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)이 감소하게 되면 비교부(250-5)에서 출력되는 스위칭 제어신호의 "하이" 구간의 펄스 폭이 감소됨에 따라 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)을 감소시켜 드롭아웃(dropout) 전압이 일정하게 유지되도록 한다.First, when the voltage or the load current of the AC input power is changed so that the dropout voltage, which is the difference voltage between the input voltage and the output voltage of the linear regulator 240, rises momentarily, the difference voltage generator 250-3 Since the output voltage rises and the error signal generator 250-4 is designed to have an inverted characteristic, the output voltage V E decreases instantaneously. When the output voltage V E of the error signal generator 250-4 decreases, the linear regulator 240 as the pulse width of the “high” section of the switching control signal output from the comparator 250-5 decreases. Reduce the input voltage (V G ) of so that the dropout voltage is kept constant.
두 번째로, AC 입력 전원의 전압 또는 부하 전류가 변동되어 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압과 출력 전압의 차 전압인 드롭아웃 전압이 순간적으로 감소하게 되면, 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압이 감소하게 되고, 이로 인하여 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)은 순간적으로 증가하게 된다. 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)이 증가하게 되면 비교부(250-5)에서 출력되는 스위칭 제어신호의 "하이" 구간의 펄스 폭이 증가됨에 따라 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)을 증가시켜 드롭아웃(dropout) 전압이 일정하게 유지되도록 한다.Second, when the voltage or load current of the AC input power fluctuates so that the dropout voltage, which is the difference between the input voltage and the output voltage of the linear regulator 240, is momentarily decreased, the difference voltage generator 250-3 The output voltage is reduced, and as a result, the output voltage V E of the error signal generator 250-4 is instantaneously increased. When the output voltage V E of the error signal generator 250-4 increases, the linear regulator 240 increases as the pulse width of the “high” section of the switching control signal output from the comparator 250-5 increases. Increasing the input voltage (V G ) of the dropout (dropout) voltage is kept constant.
이로 인하여, AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동 요인 등이 발생되더라도 일정한 드롭아웃 전압을 유지시킬 수 있게 되어 전력 효율을 향상시킬 수 있게 된다.As a result, even if the voltage of the AC input power source is fluctuate or the output load fluctuation factor is generated, it is possible to maintain a constant dropout voltage, thereby improving power efficiency.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.Specific embodiments shown and described in the accompanying drawings are merely to be understood as examples of the present invention, and not to limit the scope of the present invention, even in the scope of the technical spirit described in the present invention in the technical field to which the present invention belongs As various other changes may occur, it is obvious that the invention is not limited to the specific constructions and arrangements shown or described.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동 요인 등이 발생되더라도 일정한 드롭아웃 전압이 유지되도록 제어함으로써, 전력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 발생된다.As described above, according to the present invention, by controlling the constant dropout voltage to be maintained even if the voltage of the AC input power source or the output load fluctuation factor is generated, an effect of improving the power efficiency is generated.
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