KR20070016413A - 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류 전원이 전원 스위치를 통해 부하에 공급되는 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로에 관한 것으로, 특히 상기 인가되는 직류 전원에 대한 초기 돌입 전류를 제한하기 위해 상기 직류 전원과 직렬 연결되는 제1 저항과, 상기 제1 저항과 병렬 연결되고, 스위칭 제어 신호에 따라 턴 온 됨으로써 상기 직류 전원이 직접적으로 부하에 공급되도록 제어하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단을 제어하기 위해 상기 스위칭 수단의 입력부와 연결되며, 상기 직류 전원이 턴 온 된 후 일정 시간 경과 후, 상기 스위칭 수단으로 스위칭 신호를 공급하는 스위치 제어 수단을 포함함을 특징으로 한다.

직류 전원, 스위치, 돌입 전류, 스위치, 저항

Description

전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로{CIRCUIT FOR LIMITING INRUSH CURRENT OF POWER SUPPLY}

도 1은 종래 기술에 따른 직류 전원 공급기의 회로를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류 제한 기능이 구비된 전원 공급기의 회로를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류에 대한 동작 타이밍을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 202 : 스위치 110 : 써미스터

120, 200 : 퓨즈 130, 201 : 직류 전원

140, 210 : 대용량 커패시터 150, 211 : 부하 저항

203 : 제1 저항 204 : 스위칭 수단

205 : 제2 저항 206 : 트랜지스터

207 : 제1 커패시터 208 : 제3 저항

209 : 제4 저항 300 : 초기 돌입 전류 구간

310 : 충전 구간 320 : 초기 최대 전류

330 : 초기 동작 평균 전류

본 발명은 전원 공급 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류 전원 장치에서 발생되는 돌입 전류를 제한하여 원활한 전원을 공급하여 주는 돌입 전류 제한 회로에 관한 것이다.

일반적으로 시스템에서 필요한 전압을 공급하기 위한 전원 공급 장치(Power Supply)가 사용되며, 상기 전원 공급 장치의 전원이 스위치(switch)에 의하여 온 되는 초기에 순간적으로 과전압(over shoot)이 발생되고, 상기 과전압에 의한 돌입전류(inrush current)가 상기 전원 공급 장치에 문제를 발생시키게 된다. 또한, 이에 따라서 후단의 시스템에 오동작이 유발되는 경유가 있었다.

도 1은 종래 기술에 따른 직류 전원 공급기의 회로를 나타낸 도면이다. 상기. 도 1을 참조하면, 종래의 직류 전원 공급기의 회로는 직류 전원(battery; 130), 퓨즈(fuse; 120), 스위치(switch; 100), 써미스터(TH; Thermistor)(110), 전원 공급을 받는 시스템인 대용량 커패시터(140) 및 부하 저항(150)으로 구성된다.

상기 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 돌입전류 제한 회로도에서와 같이, 상기 써미스터(110)가 직류 전원(130)(Vin)에 연결되어서, 전원이 온 되는 초기의 돌입 전류를 제한한다. 즉, 전원 공급 장치의 전원 스위치(S/W)(100)가 온 되는 초기 에 돌입 전류가 발생되면, 상기 돌입 전류는 상기 써미스터(TH)(110)를 통하여 시스템, 즉, 대용량 커패시터(140) 및 부하 저항(150)으로 인가된다.

이때, 상기 써미스터(110)는 온도가 상승되고, 써미스터(110)의 특성에 의하여 일정시간 온도가 상승된 상기 써미스터(110)는 저항이 감소된다. 이때에는 이미 상기의 전원 스위치(S/W)(100)가 온 되어서 발생된 돌입 전류가 저감되어 있기 때문에, 저항이 감소된 상기 써미스터(110)는 역할을 다하게 되는 것이고, 시스템에는 정상적인 전류가 흐르게 된다.

그러나 상기 입력단에 구성된 써미스터(110)는 자체의 저항 성분이 계속 존재하기 때문에 손실이 계속적으로 발생되게 되고, 돌입 전류가 크게 되는 경우에 온도 상승이 크게 되며, 상기 써미스터의 온도가 상승하기 전에는 돌입전류의 제한이 가능하지만 전원이 오프되었다가 다시 온 되는 경우에는 써미스터의 온도가 이미 어느 정도 상승한 후이기 때문에 써미스터의 저항이 감소되어 써미스터에서 전류제한이 되지 않는 문제점이 있다.

상술한 바와 같이 돌입 전류란 전기제품의 전원을 켤 때 회로내에서 일시적으로 발생하는 대용량의 전류 값을 말하고, 일반적으로 이 돌입 전류 값은 상기 도 1에서 상술한 바와 같이 써미스터를 사용하여 적절히 낮출 수 있다. 이때 사용되는 상기 써미스터를 돌입전류 제한용이라고 한다.

한편, 상기와 같이 돌입 전류 제한용으로 사용되는 써미스터들은 회로를 구동시킬 때 돌입전류를 제한하기에 적합하도록 여러 가지 적용 가능한 저항값과 전류 값 등 기타 전기적 특성을 제공한다. 즉, 상술한 바와 같이 초기 저항값으로 인 해 회로 내에서 흐르는 전류, 즉 초기 돌입전류를 줄여준 써미스터는 인가된 전류로 인해 열이 발생해 온도가 올라가고, 그에 따라 부온도 계수 특성을 가진 NTC(Negative Temperature Coefficient) 써미스터는 자체 저항값이 낮아져 큰 전력의 손실 없이 계속 동작할 수가 있게 된다.

그러나 일반적인 써미스터는 주변 환경에 절대적인 영향을 받는데 특히 저온 환경 시 써미스터의 온도가 올라가지 못하여 장비가 오동작을 발생하는 문제가 있으며 또한 돌입전류의 최대치를 제한할 수 있게 되는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이동 무선 단말기 등에 사용되는 직류 전원 공급 회로에서 발생되어지는 돌입 전류로 인해 직류 전원 공급기 및 리튬 전지 내의 퓨즈 파손을 방지하고 원활한 직류 전원을 장비에 공급하게 하는 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 직류 전원이 전원 스위치를 통해 부하에 공급되는 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로에 있어서, 상기 인가되는 직류 전원에 대한 초기 돌입 전류를 제한하기 위해 상기 직류 전원과 직렬 연결되는 제1 저항과, 상기 제1 저항과 병렬 연결되고, 스위칭 제어 신호에 따라 턴 온 됨으로써 상기 직류 전원이 직접적으로 부하에 공급되도록 제어하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단을 제어하기 위해 상기 스위칭 수단의 입력부와 연결되며, 상기 직류 전원이 턴 온 된 후 일정 시간 경과 후, 상기 스위칭 수단으로 스위칭 신호를 공급하는 스위치 제어 수단을 포함함을 특징으로 한다.

이때, 상기 스위칭 수단은 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스위칭 제어 수단은 상기 저항 및 커패시터에 충전되는 시정수 구간 이후 베이스로 공급되는 전류에 의해 상기 스위칭 수단으로 스위칭 신호를 공급하는 트랜지스터를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭 제어 수단은, 상기 시정수 구간을 형성하며, 상기 시정수 구간 이후 상기 트랜지스터의 베이스로 전류를 공급하는 하나 이상의 저항 및 커패시터를 더 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 이동 무선 단말기 등에 사용되는 리튬 전지에 적용될 수 있는 기술로서 전원 장치에서 발생되어지는 돌입전류로 인해 리튬 전지 내 퓨즈 파손을 방지하고 원활한 전원을 단말기에 공급하여 주는 돌입 전류 제한 회로를 제안한다.

본 발명에서는 종래의 돌입 전류 제한을 위해 사용된 써미스터를 사용함으로써 발생되는 문제점을 해결하기 위해 소정의 스위칭 수단과 상기 스위치를 일정 시간 간격으로 제어할 수 있는 스위치 제어 수단을 구비한다.

이때, 상기 스위칭 수단은 초기 돌입 전류 제한을 위한 저항에 병렬 연결되고, 초기 돌입 전류가 발생된 후 일정한 시간이 경과한 후에 스위칭함으로써 정상적으로 장비가 동작하도록 구현한다. 이때, 상기 스위칭 수단은 스위칭 가능한 어떠한 반도체 소자를 사용하는 것도 가능하며, 본 발명에서는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하, 'FET'라 한다)를 사용하여 구현한다.

또한, 상기 스위칭 수단이 초기 돌입 전류 발생 후 일정 시간 후에 구동될 수 있도록 스위치 제어 수단으로서 소정의 타이머 회로를 구비한다. 상기 타이머 회로는 저항(register), 커패시터(capacitor), 트랜지스터(transistor) 등으로 구성할 수 있으며, 상기 저항 및 커패시터에 의해 형성되는 시정수(time constant) 값에 의해 상기 스위칭 수단이 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 전기 제품에 사용되는 직류 전원 공급 수단의 돌입 전류는 상기 스위칭 수단 및 스위치 제어 수단에 의해 제어될 수 있게 된다.

이하, 도 2를 참조하여 상술한 본 발명에 따른 스위칭 수단 및 스위치 제어 수단을 포함하는 돌입 전류 제한 회로의 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류 제한 기능이 구비된 전원 공급기의 회로를 나타낸 도면이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류 제한 회로는 상기 도 1에서 사용된 써미스터(110)를 사용하는 대신, 돌입 전류 제한을 위한 제1 저항(R1; 203), 제2 저항(R2; 205), 상기 제1 저항(203)에 병렬 연결되는 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단을 제어하기 위해 상기 스위칭 수단의 입력부와 연결되어 스위칭 신호를 공급하는 스위치 제어 수단을 포함한다. 한편, 상기 스위칭 수단은 본 발명의 실시예에 따라 FET(Q1; 204)로 구성하게 된다. 또한, 상기 스위칭 수단, 즉 FET(204)를 일정 시간 간격으로 제어하기 위한 스위치 제어 수단으로서 트랜지스터(Q2; 206), 제1 커패시터(C1; 207), 제3 저항(R3; 208) 및 제4 저항(R4; 209)이 사용될 수 있다.

상기 도 2의 회로에서의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 스위치(202)를 온(ON) 시키게 될 경우, 리튬 전지와 같은 직류 전원(201)으로부터 입력되어진 직류 전류는 초기에 상기 제1 저항(203)을 통해 대용량의 커패시터(210)에 충전되어진다. 한편, 이때 발생 되어지는 돌입 전류는 상당한 양의 전류를 띄게 되는데, 상기 돌입 전류는 상기 제1 저항(203)으로 제어됨으로써 초기 돌입 전류가 결정되어지며, 상기 제1 저항(203)으로 인해 상당한 발열이 발생되므로 일정시간 경과 후 상기 스위칭 수단인 FET(204)가 구동됨으로써 정상적으로 장비가 동작하게 된다. 이렇게 함으로써, 장비의 턴 온 시 발생되는 돌입 전류를 최대한 제한할 수가 있게 된다.

한편, 상기 스위칭 수단인 상기 FET(204)는 상술한 바와 같이 상기 스위칭 제어 수단인 트랜지스터(Q2; 206)에 의해 구동된다. 이때, 상기 트랜지스터(206)는 상기 제3 저항(208), 제4 저항(209) 및 제1 커패시터(207)에 의해 형성되는 시정수(time constant) 값으로 충전 시간(△T2)을 결정하게 되며, 상기 충전 시간이 경과한 후 상기 트랜지스터(206)의 베이스를 제어함으로써, 상기 트랜지스터(206)가 상기 FET(204)의 게이트를 스위칭하게 된다.

즉, 상기 돌입 전류를 제한하기 위하여 상기 도 2의 회로에서 상술한 바와 같이 전원 공급 장치(201)의 전원 스위치(S/W)(202)가 온 되는 초기에 돌입 전류가 발생되면, 상기 돌입 전류를 전원 스위치(S/W)(202) 직렬 연결된 상기 제1 저항(203)을 통하여 제한되어서 시스템(즉, 대용량 커패시터(210) 및 부하 저항(211))으로 인가하고, 상기 제1 저항(203)과 시스템(즉, 대용량 커패시터(210) 및 부하 저항(211)) 사이에서 구성된 제어 회로(즉, 스위치 제어 수단)에서 일정시간 지연된 신호가 상기 제1 저항(203)과 병렬로 연결된 스위칭 수단(즉, FET(204))의 게이트(gate)로 인가되어 상기 FET(204)가 턴-온(turn on) 된다.

따라서, 상기와 같이 초기의 전원 스위치(S/W)(202)가 온 되어 발생되는 돌입 전류가 상기 제1 저항(203)에서 제한된 후, 일정시간 지연되도록 상기 스위칭 제어 수단(즉, 트랜지스터(206), 제1 커패시터(207), 제3 저항(208) 및 제4 저항(209))에서 제어되어서 상기 FET(204)의 게이트로 인가되고, 이에 따라 상기 FET(204)가 턴-온 된다. 한편, 상술한 바와 같이 상기 FET(204)에 의하여 돌입 전류가 발생되는 초기에는 상기 FET(204)가 구동하지 않고 일정시간 지연되어서 동작되기 때문에 초기 돌입전류가 제한되게 된다. 이에 따라 장비 턴-온 시 발생되는 돌입 전류를 최대한 제한할 수가 있게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류에 대한 동작 타이밍을 나타낸 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 일정 시간(△T2)가 경과한 후에 FET(204)가 동작함으로써 돌입 전류에 의한 피해를 줄일 수가 있게 된다.

즉, 상기 도 3은 돌입 전류의 동작 시간과 제1 저항(203)으로 제어할 수 있는 초기 돌입 전류(△T1)에 대한 그래프를 나타낸다. 따라서, 상기 도 2를 참조하 면, 상기 초기 돌입 최대 전류(320)가 발생하는 시간(△T1)에는 상기 FET(204)가 오프된 상태이므로 상기 제1 저항(203)에 의해 상기 돌입 전류가 제한될 수 있다.

그런 다음, 시스템으로 입력되는 전류가 초기 동작 평균 전류(330)로 낮아진 후, 상술한 스위칭 제어 회로에 의해 결정되는 일정 시정수(△T2)(310) 구간이 경과한 후에는 상기 FET(204)가 동작함으로써 정상적으로 장비가 동작하게 된다.

이상으로 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 장비의 초기 돌입 전류가 크고 써미스터를 사용할 수 없는 경우 또는 최근의 이동 전화 등과 같이 리튬 전지를 사용할 경우 돌입 전류 방지에 상당한 효과를 가져올 수가 있게 된다.

또한, 상기 리튬 전지는 자체 보호회로인 퓨즈가 내장되어 있어 돌입전류에는 상당한 취약점을 가지고 있으므로 본 발명에 따른 돌입 전류 회로를 사용할 경우 이와 같은 문제가 해결되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 직류 전원이 전원 스위치를 통해 부하에 공급되는 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로에 있어서,

   상기 인가되는 직류 전원에 대한 초기 돌입 전류를 제한하기 위해 상기 직류 전원과 직렬 연결되는 제1 저항과,

   상기 제1 저항과 병렬 연결되고, 스위칭 제어 신호에 따라 턴 온 됨으로써 상기 직류 전원이 직접적으로 부하에 공급되도록 제어하는 스위칭 수단과,

   상기 스위칭 수단을 제어하기 위해 상기 스위칭 수단의 입력부와 연결되며, 상기 직류 전원이 턴 온 된 후 일정 시간 경과 후, 상기 스위칭 수단으로 스위칭 신호를 공급하는 스위치 제어 수단을 포함함을 특징으로 하는 상기 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어 수단은,

   상기 저항 및 커패시터에 충전되는 시정수 구간 이후 베이스로 공급되는 전류에 의해 상기 스위칭 수단으로 스위칭 신호를 공급하는 트랜지스터를 포함함을 특징으로 하는 상기 회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 제어 수단은,

   상기 시정수 구간을 형성하며, 상기 시정수 구간 이후 상기 트랜지스터의 베이스로 전류를 공급하는 하나 이상의 저항 및 커패시터를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 회로.

Images