KR20060135880A - 전압 조정 회로 - Google Patents

Abstract

AC 전압(V_mains)을 수신하고 정류 AC 전압(V_rec)을 생성하기 위한 정류기(2)와, 부하(5)에 걸쳐 DC 전압(V_DC)을 제공하기 위해 상기 정류 AC와 병렬로 연결된 커패시터(3)를 포함하는 전압 조정 회로로서, 상기 정류기(2)와 커패시터(3) 사이에 제공된 단방향 전류 스위치(4)와, 상기 DC 전압(V_DC)이 미리 결정된 전압 한계(V_lim)를 초과하지 않도록, 상기 정류 AC 전압(V_rec)의 음의 경사 동안 선택된 순간(7)에 스위치(4)를 작동시키도록 배열된 제어 블록(6)을 특징으로 한다. 정류 주 전원에 의해 제공된 전압을 제어함으로써, DC 전압은 임의의 사전 설정된 값(AC 주 전원 피크 값보다 더 낮은)으로 조정될 수 있다. 본 발명의 전압 안정화기는 넓은 범위의 부하 변동 하에서 상이한 주 전원 피크 입력 전압에 대한 원하는 일정한 DC 부하 전압 값을 생성할 것이다. 이를 통해, 이러한 전압에 의해 구동된 변환기는 더 최적화될 수 있거나, 심지어 조정되지 않을 수 있다.

Description

전압 조정 회로{VOLTAGE REGULATING CIRCUIT}

본 발명은 AC 전압을 수신하고 정류 AC 전압을 생성하기 위한 정류기와, 부하에 걸쳐 DC 전압을 제공하기 위해 상기 정류 AC 전압과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 전압 조정 회로에 관한 것이다.

스위치 모드 전원 장치(power supply)는 통상적으로 정류된 주(mains) 전압으로부터 작동된다. 평활 커패시터(일반적으로 전해질 커패시터 즉 "elcap")가 후속하는 비교적 간단한 풀 브리지 다이오드 정류기는 사인파 주 전압의 피크 값과 동일한 정류 주 전원(mains)을 생성한다. 상이한 영역에서의 주 전압(대부분의 국가에서 100Vac 또는 230Vac)에서의 변동으로 인해, 그러한 정류 회로에 후속하는 전원 장치는 상당한 입력 전압 변동에 대처할 수 있어야 한다.

종래의 플라이백(flyback) 변환기에 대해, 이것은 통상적으로 문제가 되지 않지만, 전체 주 전원 상에서 동작할 때 방해가 되는 작용을 나타내는 큰 그룹의 전원 장치 토폴로지(예를 들어, 소위 공진 전원 장치)가 있다. 예를 들어, 변환기를 통해 순환하는 블라인드(blind) 전류는 높은 레벨에 도달하여, 효율은 낮은 레벨로 감소되고, 전력 관련 구성요소는 매우 커져야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 소위 전압 더블 회로가 사용될 수 있다. 230V 의 국가에서, 정류기는 정상 정류기의 역할을 하고, 110V의 국가에서, 정류기는 전압 더블러(doubler)로서 재구성된다. 후자는 공장에서의 간단한 배선 또는 외부 스위치에 의해 이루어질 수 있다. 영구 배선이 설정을 변경하지 않도록 하지만, 나머지 스위치는 더 비싸지고, 잘못된 전압을 선택할 위험을 수반한다. 다른 선택사양은, 일반적으로 IC 형태인 몇몇 전자 장치에 의해 제어되어야 하는, 일반적으로 트라이액(triac)과 같은 전자 스위치로 자동적으로 전압을 선택하는 것이다. 이러한 유형의 해결책은 비용이 많이 들게 되므로, 좀처럼 많이 사용되지 않는다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제를 해결하는 것이며, 비용이 적게 들고 간단히 구현되고, 공진 전원 장치를 포함하는 상이한 전원 장치 토폴로지를 구동할 수 있는 전압 조정 회로를 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 다른 목적은 도입부에 언급된 종류의 전압 조정 회로로 달성되며, 이 전압 조정 회로는 정류기와 커패시터 사이에 제공된 단방향 전류 스위치와, 상기 DC 전압이 미리 결정된 전압 한계를 초과하지 않도록 정류 AC 전압의 음의 경사 동안 선택된 순간에 스위치를 작동시키도록 배열된 제어 블록을 더 포함한다.

정류 주 전원에 의해 제공된 전압을 제어함으로써, DC 전압은 임의의 사전 설정 값(AC 주 전원 피크 값보다 더 낮은)으로 조정될 수 있다. 본 발명의 전압 안정화기(stabilizer)는 넓은 범위의 부하 변동 하에서 상이한 주 전원 피크 입력 전압에 대한 원하는 일정한 DC 부하 전압 값을 보장할 것이다. 이를 통해, 이러한 전압에 의해 구동된 변환기는 더 최적화될 수 있거나, 심지어 조정되지 않을 수 있다.

본 발명의 기본적인 원리는, 단방향 전류 도통 스위치와 표준 정류기 브리지를 결합하는 것이다. 스위치가 스위치 온되는 순간은 커패시터 상의 DC 전압을 결정할 것이다. 다른 경우 너무 높은 전압이 높은 전원에서 커패시터 상에서 나타나기 때문에, 스위치가 정류 주 전원의 하강 경사에서만 턴 온된다는 것이 중요하다. 전류가 0이 될 때 전류 도통 스위치만이 턴 오프된다는 것이 주지된다.

본 발명은 입력 전압 조정을 제공하기에 간단하고 비용이 적게 들고, 이에 따라 공진 변환기를 이용하는 문제는 감소된다. 공진 변환기의 이용은 다시 특히 더 높은 전력을 위한 더 효율적이고 더 작고 더 비용에 효율적인 전원 장치{예를 들어, 오디오 전원 장치, 및 (LCD) TV}를 초래할 수 있다.

제어 블록은, 이러한 전압 레벨에 기초하여 스위치를 제어하기 위해 부하에 걸쳐 전압과 함께 AC 전압 또는 정류 Ac 전압 중 하나를 수신하도록 배열될 수 있다. 전압 레벨의 그러한 피드백 및 피드포워드(feedforward)에 의해, DC 전압의 매우 만족스러운 제어가 얻어질 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에 따라, 제어 블록은 정류 AC 전압의 스케일 버전(scaled version)을 생성하는 수단과, 부하 전하의 스케일 버전을 생성하는 수단과, 기준 전압과 상기 스케일 부하 전압 사이의 차이를 적분함으로써 보상 신호를 생성하는 수단과, 상기 보상 신호와 상기 스케일 정류 AC 전압을 비교하는 수단과, 스케일 정류 AC 전압이 상기 보상 신호 아래로 떨어질 때마다 상기 스위치를 작동시키는 수단을 포함한다.

이러한 실시예는 본 발명의 실질적인 구현을 제공하여, 예를 들어 복수의 동작 증폭기로 쉽게 실현될 수 있다. 보상 신호를 생성하는 수단은 비례 적분기(proportional-integrator)를 포함할 수 있다.

정류기는 종종 AC 주 전원을 정류하는데 사용된 구성요소인 다이오드 브리지 정류기일 수 있다. 전류 도통 스위치는 비교적 저가이고 간단히 구현되는 사이리스터(thyristor)일 수 있다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 이제 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 조정 회로의 개략적인 블록도.

도 2는 원하는 DC 전압을 달성하기 위해 도 1의 스위치가 스위치 온될 때를 도시하는 정류 주 전원 전압의 도면.

도 3은 도 1에서 전압 조정 회로를 더 구체적으로 도시한 회로도.

본 발명은 도 1에 도시된 기본 설계로 구현될 수 있다. 상기 회로는 다이오드 정류기 브리지(2)와 같은 정류기에 연결된 AC 전원 장치(1)를 포함한다. 정류 전압(V_rec)은 사이리스터(4)와 같은 전류 도통 스위치를 통해 예를 들어 전해질 커패시터(3)와 같은 "평활" 커패시터에 연결되고, 커패시터는 DC 전압(V_dc)을 부하(5) 에 제공한다. 스위치는, 주 전원 전압(V_mains)에 연결되고 부하에 걸쳐 전압(V_dc)에 연결되는 제어 블록(6)에 의해 제어되고, 이러한 전압 값에 응답하여 스위치를 스위칭하기 위한 제어 신호를 제공한다.

제어 블록(6)은, 정류 주 전원 전압(V_rec)이 도 2에서 참조 번호(7)로 표시된 하강 경사시 원하는 전압 한계(V_lim)를 통과할 때마다 사이리스터(4)를 스위치 온하도록 적응된다. 그 결과, elcap(3)은, 정류 주 전원 전압(V_rec)이 0으로 떨어질 때까지의 순간으로부터 정류 주 전원에 연결되며, 이 점에서 전류는 사이리스터에 흐르지 않고, 이에 따라 스위치 오프된다. 즉, elcap(3)은 전압 한계(V_lim)와 0 사이에 변하는 전압에 반복적으로 연결되고, 전압 한계(V_lim)와 대략 동일한 평활 DC 전압(V_DC)을 생성할 것이다. 이러한 한계는 정류 주 전원 피크 전압보다 더 낮은 임의의 레벨에서 명백히 선택될 수 있다.

도 1에서의 더 구체적인 회로도는 도 3에 도시된다. 주 전원 장치(1), 정류기 브리지(2), elcap(3), 사이리스터(4) 및 부하(5)는 도 1에서와 동일한 참조 번호로 주어지는 반면, 나머지 요소 모두는 도 1에서 제어 블록(6)에 관련된다.

주 전원 전압(V_mains)과 병렬로 연결된 차동 측정 회로(11)는 주 전원 전압에 비례하는 사인파 신호(12)를 제공하고, 이러한 신호는, 정류기 브리지(2)에 의해 제공된 정류 주 전원(V_rec)의 스케일 버전인 신호(14)를 생성하기 위해 정류기(13) 에서 정류된다. 회로(11)와 유사한 제 2 차동 측정 회로(16)는 부하(5)에 걸쳐 병렬로 연결되고, 부하에 걸쳐 전압(V_DC)에 비례하는 신호(17)를 제공한다. 스케일 신호(17)는 보상기(18)에서 기준 전압(V_ref)에 비교되어, 신호(17)가 v_ref보다 작을 때 증가하는 보상 신호(19)를 생성하고, 신호(17)가 v_ref보다 클 때 감소한다. 보상기는 비례-적분 보상기일 수 있다.

비교기(20)는 보상 신호(19)와 스케일 정류 주 전원(14)을 비교하고, 교류 출력(21)을 생성한다. 이러한 출력(21)은 출력(21)의 음의 플랭크(flank) 상에서, 즉 스케일 정류 주 전원(14)이 보상 신호(19) 아래로 떨어지는 순간에, 트리거 신호(23)(수 ms 길이의 전압 펄스)를 생성하도록 배열된 제어 논리 블록(22)에 연결된다. 이것은, 트리거 신호(23)가, 주 전원 전압의 피크 값이 이미 발생한 후에만 생성된다는 것을 보장한다.

이러한 펄스(23)는 본 명세서에서 트랜지스터(24)인 보조 스위치의 게이트에 인가되는데, 이 보조 스위치는 전류가 사이리스터(4)의 게이트를 통해 보조 전압 소스(25)로부터 흐르도록 한다. 트리거링 전류는, 예를 들어 트랜지스터(24)와 사이리스터(4) 사이의 저항(26)과 같은 나머지 임피던스에 의해 정확한 값에 한정될 수 있다. 제어 회로가 전력 회로로 부유(높은 임피던스)된다는 것을 주지하자. 그러므로, 전압 소스(25)가 사이리스터 게이트에 영구적으로 연결되지만, 사이리스터에 흐르는 전류는 스위치(24)가 닫힐 때만 생성될 것이다(이에 따라 사이리스터가 작동됨).

도 3의 회로는, 전력이 다이오드 정류기(2)를 통해 주 전원(1)으로부터 다이오드(5)로 제어 방식으로 전달되는 것을 보장한다. 전자 스위치{사이리스터(4)}는 부하(5)로 전달될 필요한 전력을 조정하여, 부하에 걸쳐 DC 전압을 일정한 레벨로 유지시킨다.

당업자는 본 발명이 전술한 바람직한 실시예에 한정되지 않음을 알게되었다. 이에 반해, 많은 변형 및 변경은 첨부된 청구 범위 내에서 가능하다. 예를 들어, 동작 증폭기에 의해 구현된 것으로 모두 도시된 블록(11, 13, 16, 18 및 20)은 상이한 방식으로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 AC 전압을 수신하고 정류 AC 전압을 생성하기 위한 정류기와, 부하에 걸쳐 DC 전압을 제공하기 위해 상기 정류 AC 전압과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 전압 조정 회로 등에 이용된다.

Claims (7)

1. AC 전압(V_mains)을 수신하고 정류 AC 전압(V_rec)을 생성하기 위한 정류기(2)와, 부하(5)에 걸쳐 DC 전압(V_DC)을 제공하기 위해 상기 정류 AC와 병렬로 연결된 커패시터(3)를 포함하는 전압 조정 회로로서,

   상기 정류기(2)와 커패시터(3) 사이에 제공된 단방향 전류 스위치(4)와, 상기 DC 전압(V_DC)이 미리 결정된 전압 한계(V_lim)를 초과하지 않도록, 상기 정류 AC 전압(V_rec)의 음의 경사 동안 선택된 순간(7)에 스위치(4)를 작동시키도록 배열된 제어 블록(6)을 특징으로 하는, 전압 조정 회로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 블록(6)은 상기 전압 레벨에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위해 상기 AC 전압(V_mains) 또는 상기 정류 AC 전압(V_rec), 및 부하(V_DC)에 걸치 전압을 수신하도록 배열되는, 전압 조정 회로.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제어 블록은,

   상기 정류 AC 전압(V_rec)의 스케일 버전(14)을 생성하는 수단(11, 13)과;

   상기 부하 전압(V_DC)의 스케일 버전(17)을 생성하는 수단(16)과;

   기준 전압(V_ref)과 상기 스케일 부하 전압(17) 사이의 차이를 적분함으로써, 보상 신호(19)를 생성하는 수단(18)과;

   상기 보상 신호(19)와 상기 스케일 정류 AC 전압(14)을 비교하는 수단(20)과;

   상기 스케일 정류 AC 전압(14)이 상기 보상 신호(19) 아래로 떨어질 때마다 상기 스위치(4)를 작동시키는 수단(22, 24, 25, 26)을

   포함하는, 전압 조정 회로.
4. 제 3항에 있어서, 상기 정류 주 전원(mains)의 스케일 버전과 상기 부하 전압을 생성하는 상기 수단(11, 13, 16)은 하나 또는 여러 개의 동작 증폭기를 포함하는, 전압 조정 회로.
5. 제 3항에 있어서, 보상 신호를 생성하는 상기 수단(18)은 비례-적분기(proportional-integrator)를 포함하는, 전압 조정 회로.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기(2)는 다이오드 브리지 정류기인, 전압 조정 회로.
7. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단방향 전류 스위치(4)는 사이리스터(thyristor)인, 전압 조정 회로.

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