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KR20130044979A - 전원 공급 장치 - Google Patents

전원 공급 장치 Download PDF

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KR20130044979A
KR20130044979A KR1020110109378A KR20110109378A KR20130044979A KR 20130044979 A KR20130044979 A KR 20130044979A KR 1020110109378 A KR1020110109378 A KR 1020110109378A KR 20110109378 A KR20110109378 A KR 20110109378A KR 20130044979 A KR20130044979 A KR 20130044979A
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Withdrawn
Application number
KR1020110109378A
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English (en)
Inventor
공정철
조환
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection

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Abstract

본 발명은 인가되는 전압을 소정 레벨로 변환하는 변환부, 변환부에 흐르는 전류를 제어하기 위해 개방하거나 폐쇄 동작하는 스위칭부, 스위칭부에 걸리는 전압이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면, 과전류가 발생한 것으로 감지하는 감지부 및 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 사전에 설정된 보호 시간 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함하는 전원 공급 장치로 노이즈로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

Description

전원 공급 장치{Power supply apparatus}
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과도한 전류로부터 전원 공급 장치를 보호할 수 있는 보호 회로가 구비된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회에서 디스플레이 장치는 시각 정보 전달 매체로서 그 중요성이 한층 강조되고 있으며, 향후 중요한 위치를 점하기 위해서는 저소비 전력, 정량화, 고화질 등의 요건을 충족시켜야 한다.
이러한 디스플레이 장치는 복수의 전극에 펄스를 인가하기 위한 구동부가 형성되는데, 이러한 구동부를 동작시키기 위해서는 디스플레이 장치의 전원 공급 장치에서 전원을 공급하여 구동하게 된다. 이때, 디스플레이 장치의 전원 공급 장치로는 일반적으로 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : SMPS) 등을 사용한다.
여기서, 스위칭 모드 파워 서플라이란 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)과 같은 스위치 소자를 이용하여 직류 전압을 사인파 형태의 전압으로 변환한 후, 컨버터를 이용하여 원하는 레벨의 직류 전압을 출력하는 장치를 말한다.
한편, 디스플레이 장치는 외부에 있는 여러 가지 요인에 의해 과도한 전류가 순식간에 인가되어 피해가 종종 발생하고 있으며, 이러한 과도한 전류로부터 디스플레이 장치를 보호하기 위해 전원 공급 장치에서는 보호 회로를 구비하여 과도한 전류가 인가되는지 판단하고 과도한 전류가 인가되면, 전원 공급 장치의 구동을 정지시키는 보호 동작을 수행하였다.
종래 기술에 의한 전원 공급 장치는 인덕터나 트랜스포머에 흐르는 전류를 감지하는 센싱 저항, 센싱 저항에서 감지된 전압이 기준 전압(Vref) 이상이면, 보호 동작을 수행하는 보호 회로 및 보호 회로의 보호 동작에 의해 스위치 소자의 게이트로 인가되는 전원을 차단하는 구동 회로를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래 기술에 의한 전원 공급 장치의 보호 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 센싱 저항에서 감지한 전압, 보호 회로의 보호 동작 유무 및 구동 회로에서 출력되는 스위치 소자의 게이트 전압을 순차적으로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 전원 공급 장치는 과도한 전류 이외에 A 파형과 같이, 단일성의 노이즈(noise)가 인가되어도 보호 동작이 수행되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 노이즈로 인해 보호 회로가 오동작할 수 있는 문제점이 있었다.
이에 당 기술 분야에서는 과도한 전류와 노이즈를 구분하여 노이즈로 인한 보호 회로의 오동작을 방지할 수 있는 개선 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 사상은 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 보호 시간 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하여 노이즈로 인한 오동작을 방지할 수 있는 전원 공급 장치를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치는 인가되는 전압을 소정 레벨로 변환하는 변환부; 상기 변환부에 흐르는 전류를 제어하기 위해 개방하거나 폐쇄 동작하는 스위칭부; 상기 스위칭부에 걸리는 전압이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면, 과전류가 발생한 것으로 감지하는 감지부; 상기 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 사전에 설정된 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하여 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 상기 스위칭부를 개방시켜 보호 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되지 않으면, 상기 스위칭부를 정상적으로 동작시킬 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 과전류가 감지된 시점부터 지연된 시간을 검출하여 상기 제어부에서 일정 시간이 지연되었는지 판단하게 하고, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되는지 판단하게 하는 시간 지연기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 시간 지연기는 상기 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하는 카운터를 포함할 수 있다.
게다가, 상기 제어부는 상기 카운터에서 카운트한 횟수가 사전에 설정된 기준 횟수에 도달하면, 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연된 것으로 판단할 수 있다.
또, 상기 카운터는 상기 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 복수 개의 출력 단자로 하이(high) 레벨의 카운트 신호를 순차적으로 출력할 수 있다.
아울러, 상기 신호 지연기는 상기 복수 개의 출력 단자에서 출력되는 복수 개의 카운트 신호를 AND 연산하여 제1 게이트 신호를 출력하는 제1 AND 게이트를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 시간 지연기를 이용하여 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하고, 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 상기 보호 동작을 수행하는 보호기를 더 포함할 수 있다.
덧붙여, 상기 감지부는 상기 스위칭부에 걸리는 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 스위칭부에 걸리는 전압이 상기 기준 전압 이상이면, 과전류 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호기는 제1 입력 단자에 상기 비교기에서 출력된 신호가 입력되고, 제2 입력 단자에 클럭 신호가 입력되고, 출력 단자에서 출력되는 출력 신호를 상기 카운터로 입력하는 RS 플립 플롭(Flip Flop)을 포함할 수 있다.
게다가, 상기 보호기는 상기 비교기에서 출력된 신호와 상기 제1 AND 게이트에서 출력된 제1 게이트 신호를 AND 연산하는 제2 AND 게이트를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 제2 AND 게이트는 상기 비교기에서 과전류 신호가 입력되고, 상기 제1 AND 게이트에서 하이 레벨의 제1 게이트 신호가 입력되면, 두 신호를 AND 연산하여 상기 보호 동작을 수행하기 위한 하이 레벨의 보호 신호를 출력할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 보호기에서 출력된 보호 신호에 따라 상기 스위칭부를 개방하거나 폐쇄하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 감지부는 상기 스위칭부에 걸리는 전압을 감지하는 센싱 저항을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부에 걸리는 전압은 상기 스위칭부의 소스(source)단에서 출력되는 전압이다.
또한, 상기 변환부는 상기 인가되는 전압을 소정 레벨로 승압하는 인덕터일 수 있고, 상기 변환부는 1차 권선 및 상기 1차 권선으로부터 전원이 유도되는 2차 권선을 갖는 트랜스포머일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치에 따르면, 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 보호 시간 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하여 노이즈로 인한 오동작을 방지할 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적으로는, 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연되었는지 판단하여 일정 시간이 지연되고, 일정 시간이 지연된 시점부터 사전에 설정된 보호 시간 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하고, 이와 반대로 일정 시간이 지연된 시점부터 보호 시간 내에 과전류가 다시 감지되지 않으면, 보호 동작을 수행하지 않고 전원 공급 장치를 정상적으로 동작시킴으로써 노이즈로 인한 오동작을 보다 효율적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
이로 인해, 전원 공급 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전원 공급 장치의 보호 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전원 공급 장치의 상세 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 제어부의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치의 보호 동작을 설명하기 위한 도면으로서,
도 5a는 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 소정 시간 내에 과전류가 다시 감지되지 않는 경우, 전원 공급 장치의 동작을 설명하는 도면이고,
도 5b는 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 소정 시간 내에 과전류가 다시 감지되는 경우, 전원 공급 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시한 전원 공급 장치가 부스트 컨버터인 경우, 전원 공급 장치의 상세 구성도이다.
도 7은 도 2에 도시한 전원 공급 장치가 플라이백 컨버터인 경우, 전원 공급 장치의 상세 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치의 개략적인 구성도 및 도 3은 도 2에 도시한 전원 공급 장치의 상세 구성도를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전원 공급 장치(100)는 변환부(110), 스위칭부(120), 감지부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전원 공급 장치(100)는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : SMPS) 방식을 사용하는데, 상기와 같은 스위칭 모드 파워 서플라이란 MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)과 같은 스위치 소자를 이용하여 직류 전압을 사인파 형태의 전압으로 변환한 후, 컨버터를 이용하여 원하는 레벨의 직류 전압을 출력하는 장치를 말한다.
변환부(110)는 인가되는 전압을 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력하는 수단으로서, 인가되는 전압을 승압하는 인덕터(inductor, L1)와, 1차 권선(L11) 및 2차 권선(L21)을 갖는 트랜스포머(transformer) 등으로 이루어질 수 있다.
만약, 변환부(110)가 인덕터(L1)로 이루어지면, 전원 공급 장치(100)는 부스트(boost) 컨버터(또는 승압형 컨버터라고도 함) 등으로 구성될 수 있으며, 변환부(110)가 트랜스포머로 이루어지면, 전원 공급 장치(100)는 플라이백(flyback) 컨버터 등으로 구성될 수 있다. 상기와 같이 전원 공급 장치(100)가 부스트 컨버터 또는 플라이백 컨버터로 구성될 경우, 동작하는 과정에 대해서는 하기에서 상세하게 설명하도록 한다.
스위칭부(120)는 변환부(110)와 접지 사이에 연결되어 변환부(110)에 흐르는 전류를 제어하기 위해 개방(턴 오프)하거나 폐쇄(턴 온) 동작하는 수단으로서, 큰 전류를 흘릴 수 있는 스위치 소자로 이루어질 수 있다. 이때, 스위치 소자로는 BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성될 수 있으며, 이외에 다양한 스위치 소자가 대체될 수 있음은 당연하다.
감지부(130)는 스위칭부(120)에 걸리는 전압이 사전에 설정된 기준 전압(Vref) 이상이면, 과전류가 발생한 것으로 감지하는 수단으로서, 센싱 저항(132, Rs) 및 비교기(134)를 포함할 수 있다.
여기서, 센싱 저항(132, Rs)은 스위칭부(120)와 접지 사이에 연결되어 스위칭부(120)를 통해 흐르는 전류를 감지하는데, 이를 위해 스위칭부(120)에 걸리는 전압 즉, 스위칭부(120)의 소스(source)단에서 출력되는 전압을 감지할 수 있다.
비교기(134)는 (+) 입력 단자로 센싱 저항(132, Rs)에서 감지한 전압이 입력되고, (-) 입력 단자로 기준 전압(Vref)이 입력되어 출력 단자로 두 전압을 비교한 결과인 비교 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(134)는 센싱 저항(132, Rs)에서 감지한 전압이 기준 전압보다 작으면, 로우(low) 레벨의 비교 신호를 출력하고, 이와 반대로 센싱 저항(132, Rs)에서 감지한 전압이 기준 전압 이상이면, 과전류의 발생을 감지하는 과전류 신호인 하이(high) 레벨의 비교 신호를 출력할 수 있다.
제어부(140)는 전원 공급 장치(100)를 전반적으로 제어하는 마이컴으로서, 스위칭부(120)를 통해 흐르는 전류를 피드백하고, 상기 피드백한 값을 이용하여 스위칭부(120)의 듀티를 제어함으로써 출력 전압을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 출력 전압을 조절하는 동작 외에 과전류가 인가되는지 감지하여 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되고, 사전에 설정된 보호 시간(t2) 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 보호 시간(t2)이란 과전류가 단일성의 노이즈(noise)인지 아니면 보호 동작을 수행할 정도의 전류인지 판단하기 위한 기준이 되는 시간을 의미한다.
앞서 서술한 제어부의 동작에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 제어부(140)는 비교기(134)에서 과전류 신호가 출력된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되었는지 판단하고, 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되는지 판단한다. 만약, 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되면, 제어부(140)는 스위칭부(120)를 개방시켜 보호 동작을 수행하고, 이와 반대로 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되지 않으면, 스위칭부(120)를 정상적으로 동작시키도록 구성된다.
도 4는 도 3에 도시한 제어부의 상세 구성도로서, 이하에서는 도 4를 참조하여 제어부(140)에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제어부(140)는 시간 지연기(142), 보호기(144) 및 제어 신호 발생기(146)를 구비할 수 있다.
여기서, 시간 지연기(142)는 과전류가 감지된 시점부터 지연된 시간을 검출하는 수단으로서, 시간 지연기(142)를 이용하여 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되었는지 판단할 수 있으며, 보호 시간(t2) 내에 과전류가 다시 감지되는지 판단할 수 있게 한다. 이를 위하여 시간 지연기(142)는 카운터(142a) 및 제1 AND 게이트(142b)를 포함할 수 있다.
카운터(142a)는 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 일정 시간(t1)이 지연되었는지 판단하는데, 카운터(142a)에서 카운트한 횟수가 사전에 설정된 기준 횟수에 도달하면, 일정 시간(t1)이 지연된 것으로 판단할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 카운터(142a)는 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 복수 개의 출력 단자(B1 ~ B4)로 하이(high) 레벨의 카운트 신호를 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 과전류가 감지된 시점부터 1분이 지나면, 카운터(142a)는 제1 출력 단자(B1)에서만 하이(high) 레벨의 제1 카운트 신호를 출력하고, 나머지 제2 내지 제4 출력 단자(B2 ~ B4)에서는 로우(low) 레벨의 제2 내지 제4 카운트 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 과전류가 감지된 시점부터 2분이 지나면, 카운터(142a)는 제1 및 제2 출력 단자(B1, B2)에서 하이(high) 레벨의 제1 및 제2 카운트 신호를 출력하고, 나머지 제3 및 제4 출력 단자(B3, B4)에서는 로우(low) 레벨의 제3 및 제4 카운트 신호를 출력할 수 있다. 다음으로, 과전류가 감지된 시점부터 4분이 지나면, 카운터(142a)는 제1 내지 제4 출력 단자(B1 ~ B4)에서 하이(high) 레벨의 제1 내지 제4 카운트 신호를 출력할 수 있다.
제1 AND 게이트(142b)는 카운터(142a)의 복수 개의 출력 단자(B1 ~ B4)에서 출력되는 복수 개의 카운트 신호를 AND 연산하여 상기 AND 연산한 결과로 제1 게이트 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 카운터(142a)의 제1 내지 제4 출력 단자(B1 ~ B4)에서 하이(high) 레벨의 제1 내지 제4 카운터 신호가 모두 출력되면, 제1 AND 게이트(142b)는 하이(high) 레벨의 제1 게이트 신호를 출력함으로써 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연된 것을 판단할 수 있게 한다.
보호기(144)는 시간 지연기(142)를 이용하여 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되었는지 판단하고, 일정 시간(t1)이 지연된 후, 보호 시간(t2) 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하는 수단으로서, RS 플립 플롭(144a) 및 제2 AND 게이트(144b)를 포함할 수 있다.
RS 플립 플롭(144a)은 제1 입력 단자(S 단자)에 비교기(134)에서 출력된 비교 신호가 입력되고, 제2 입력 단자(R 단자)에 클럭(CLK) 신호가 입력되고, 출력 단자(Q 단자)는 카운터(142a)의 ENB 단자와 연결된다.
보다 자세하게 설명하면, RS 플립 플롭(144a)은 비교기(134)에서 하이(high) 레벨의 비교 신호가 입력되면(즉, 과전류 신호), 셋(set) 동작하여 출력 단자를 통해 카운터(142a)의 ENB 단자로 출력 신호를 입력함으로써 카운터(142a)를 동작시킬 수 있다.
제2 AND 게이트(144b)는 비교기(134)에서 출력된 비교 신호와 제1 AND 게이트(142b)에서 출력된 제1 게이트 신호를 AND 연산하여 상기 AND 연산한 결과로 제2 게이트 신호를 출력할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2 AND 게이트(144b)는 비교기(134)에서 하이(high) 레벨의 비교 신호가 입력되고, 제1 AND 게이트(142b)에서 하이(high) 레벨의 제1 게이트 신호가 입력되면, 두 신호를 AND 연산하여 하이(high) 레벨의 제2 게이트 신호인 하이 레벨의 보호 신호를 출력함으로써 보호 동작을 수행할 수 있다.
제어 신호 발생기(146)는 스위칭부(120)를 개방하거나 폐쇄하기 위한 제어 신호를 출력하는데, 보다 구체적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 형식의 제어 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 제어 신호 발생기(146)는 보호기(144)에서 하이 레벨의 보호 신호를 출력하면, 스위칭부(120)를 개방시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
지금까지 설명한 내용을 정리하면, 비교기(134)에 의해 과전류가 감지되면, RS 플립 플롭(144a)에서는 셋(set) 동작하여 카운터(142a)를 동작시킴으로써 일정 시간이 지연되었는지 판단할 수 있게 한다. 그리고, 일정 시간이 지연되어 제1 AND 게이트(142b)에서 하이 레벨의 제1 게이트 신호가 출력되면, 보호 시간(t2) 동안 과전류가 다시 감지되는지 판단하는데, 보호 시간(t2) 동안에 과전류가 다시 감지되어 제2 AND 게이트(144b)로 하이 레벨의 비교 신호가 인가되면, 제2 AND 게이트(144b)에서는 하이 레벨의 비교 신호와 제1 AND 게이트(142b)에서 출력된 하이 레벨의 제1 게이트 신호를 AND 연산하여 하이 레벨의 제2 게이트 신호인 하이 레벨의 보호 신호를 출력함으로써 스위칭부(120)를 개방시키기 위한 보호 동작을 수행할 수 있게 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치의 보호 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a는 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후 소정 시간 내에 과전류가 다시 감지되지 않는 경우, 전원 공급 장치의 동작을 설명하는 도면이고, 도 5b는 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후 소정 시간 내에 과전류가 다시 감지되는 경우, 전원 공급 장치의 동작을 설명하는 도면을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 센싱 저항(132)에서 감지한 감지 전압(Vs), 비교기(134)에서 출력된 과전류 신호, 보호 시간(t2), 보호기(144)의 보호 동작 유무 및 스위칭부(120)로 인가되는 게이트 전압을 순차적으로 나타낸다.
도 5a를 참조하면, F1 파형과 같이, 과전류 신호가 출력되고, 일정 시간(t1)이 지연된 후, 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되지 않으면, 보호기(144)에서는 보호 동작을 수행하지 않기 때문에 전원 공급 장치(100)는 정상적으로 동작을 수행한다.
도 5b를 참조하면, P1 파형과 같이, 과전류 신호가 출력된 후, 일정 시간(t1)이 지연된 후, 보호 시간(t2) 내에 P2 파형과 같이 과전류 신호가 다시 출력되면, 보호기(144)에서는 보호 동작을 수행하여 스위칭부(120)를 개방하기 위한 하이 레벨의 보호 신호를 출력함으로써 즉, 스위칭부(120)로 인가되는 게이트 전압을 차단함으로써 전원 공급 장치(100)를 보호하는 동작을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치가 부스트 컨버터 또는 플라이백 컨버터로 이루어질 경우, 전원 공급 장치의 동작 과정에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 도 2에 도시한 전원 공급 장치가 부스트 컨버터인 경우, 전원 공급 장치의 상세 구성도를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전원 공급 장치(200)는 승압부(210), 스위칭부(220), 감지부(230), 제어부(240), 정류부(250) 및 출력부(260)를 포함하여 구성된다.
여기서, 부스트 컨버터(Boost converter)란 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)를 대표하는 회로 중 하나로서, 입력 전압을 승압하여 안정된 출력 전압을 발생시키는 회로를 말한다. 이러한 부스트 컨버터는 승압형 컨버터라고도 하며, 입력단(Vin)과 출력단(Vout)의 접지(GND)가 동일할 경우에만 사용할 수 있다.
그리고, 부스트 컨버터는 부하 측의 입장에서 볼 때, 부하로 전류가 주기적으로 흘러 들어오다 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원(current-fed) 방식이라고도 하며, 출력단의 전류는 항상 입력단의 전류보다 작고, 회로의 동작 원리상 손실 성분이 없기 때문에 입력 전류 × 입력 전압 = 출력 전류 × 출력 전압의 관계식으로부터 출력 전압이 입력 전압보다 항상 높게 나타난다는 것을 알 수 있다.
승압부(210)는 인가되는 전압을 소정 레벨로 승압하여 출력하는 수단으로서, 인덕터(inductor, L1)로 이루어질 수 있다. 이러한 인덕터(L1)는 스위칭부(220)가 폐쇄 동작하면, 입력되는 전압을 충전하여 출력 전압을 생성하고, 스위칭부(220)가 개방 동작하면, 충전된 출력 전압을 방전하여 출력한다.
스위칭부(220)는 승압부(210) 및 정류부(250) 사이에 병렬로 연결되고, 제어부(240)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 출력 전압을 출력단(Vout)으로 공급하거나 차단하는 동작을 수행한다.
보다 구체적으로 설명하면, 스위칭부(220)에는 제어 신호 즉, 게이트 제어 전압(VG)에 응답하여 변화하는 전류가 흐르게 되고, 이때 스위칭부(220)가 폐쇄 동작하면, 스위칭부(220)가 폐쇄 동작하는 동안은 직류 전압이 승압부(210)의 양단에 연결되어 전압의 충전이 이루어지기 때문에 승압부(210)의 전류는 스위칭부(220)의 드레인(Drain : D)단으로 유입되어 소스(Source : S)단으로 흐르게 된다.
만약, 스위칭부(220)가 개방 동작하면, 승압부(210)에 충전된 전압이 정류부(250)를 통해 출력부(260)로 전달되어 부하로 인가된다. 이러한 스위칭부(220)는 큰 전류를 흘릴 수 있는 스위치 소자로서, BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 등으로 구성될 수 있다.
감지부(230)는 스위칭부(220)에 걸리는 전압이 사전에 설정된 기준 전압(Vref) 이상이면, 과전류가 발생한 것으로 감지하는 수단으로서, 센싱 저항(232, Rs) 및 비교기(234)를 포함할 수 있다.
여기서, 센싱 저항(232, Rs)은 스위칭부(120)와 접지 사이에 연결되어 스위칭부(220)를 통해 흐르는 전류를 감지하는데, 이를 위해 스위칭부(220)에 걸리는 전압 즉, 스위칭부(220)의 소스(source)단에서 출력되는 전압을 감지할 수 있다.
비교기(234)는 (+) 입력 단자로 센싱 저항(232, Rs)에서 감지한 전압이 입력되고, (-) 입력 단자로 기준 전압(Vref)이 입력되어 출력 단자로 두 전압을 비교한 결과인 비교 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(234)는 센싱 저항(232, Rs)에서 감지한 전압이 기준 전압보다 작으면, 로우(low) 레벨의 비교 신호를 출력하고, 이와 반대로 센싱 저항(232, Rs)에서 감지한 전압이 기준 전압 이상이면, 과전류의 발생을 감지하는 과전류 신호인 하이(high) 레벨의 비교 신호를 출력할 수 있다.
제어부(240)는 전원 공급 장치(200)를 전반적으로 제어하는 마이컴으로서, 스위칭부(220)를 통해 흐르는 전류를 피드백하고, 상기 피드백한 값을 이용하여 스위칭부(220)의 듀티를 제어함으로써 출력 전압을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 출력 전압을 조절하는 동작 외에 과전류가 인가되는지 감지하여 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되고, 사전에 설정된 보호 시간(t2) 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 보호 시간(t2)이란 과전류가 단일성의 노이즈(noise)인지 아니면 보호 동작을 수행할 정도의 전류인지 판단하기 위한 기준이 되는 시간을 의미한다.
앞서 서술한 제어부의 동작에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 제어부(240)는 비교기(234)에서 과전류 신호가 출력된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되었는지 판단하고, 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되는지 판단한다. 만약, 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되면, 제어부(240)는 스위칭부(220)를 개방시켜 보호 동작을 수행하고, 이와 반대로 일정 시간(t1)이 지연된 시점부터 보호 시간(t2) 내에 과전류 신호가 다시 출력되지 않으면, 스위칭부(220)를 정상적으로 동작시키도록 구성된다.
이러한 제어부(240)는 시간 지연기(242), 보호기(244) 및 제어 신호 발생기(246)를 구비하는데, 도 4에서 앞서 설명한 제어부(240)과 동일한 기술적 구성에 대해서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
정류부(250, D1)는 인가되는 전압에 상응하는 전류의 역류를 방지하는 수단으로서, 다이오드(diode)로 구성되고 인덕터(210)와 직렬로 연결된다. 그리고, 다이오드(D1)의 출력인 캐소드(cathode)단이 출력 전압(Vout)을 인가받는 부하와 연결된다.
출력부(260)는 승압부(210)에서 승압된 직류 전압을 방전하여 출력하는 수단으로서, 커패시터(C1)로 이루어질 수 있다.
도 7은 도 2에 도시한 전원 공급 장치가 플라이백 컨버터인 경우, 전원 공급 장치의 상세 구성도로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 전원 공급 장치가 플라이백 컨버터(Fly Back converter)일 경우, 전원 공급 장치(300)는 트랜스포머(310), 스위칭부(320), 감지부(330) 및 제어부(340), 정류부(350) 및 출력부(360)를 포함하여 구성된다.
이때, 도 2 내지 도 6에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급 장치와 동일한 기술적 구성에 대해서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
트랜스포머(310)는 1차 권선(L11) 및 1차 권선(L11)으로부터 전원이 유도되는 2차 권선(L21)을 구비할 수 있다. 이때, 트랜스포머(310)는 제어부(340)의 제어 신호에 따라 인가되는 전압을 1차 권선(L11)에서 2차 권선(L21)으로 유도하여 전압을 공급할 수 있다.
제어부(340)는 피드백된 소정 레벨의 출력 전압(F/B)에 따라 스위칭부(320)를 개방 또는 폐쇄 동작하여 출력 전압을 가변시킬 수 있다.
또한, 제어부(340)는 과전류가 인가되는지 감지하여 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간(t1)이 지연되고, 사전에 설정된 보호 시간(t2) 내에 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행할 수 있다.
그리고, 전원 공급 장치(300)는 교류 입력(AC)을 정류하기 위한 브리지 다이오드(BD), 정류된 전압을 평활하기 위한 커패시터(C11)을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100, 200, 300. 전원 공급 장치
110. 변환부 210. 승압부
310. 트랜스포머 120, 220, 320. 스위칭부
130, 230, 330. 감지부 132, 232, 332. 센싱 저항
134, 234, 334. 비교기 140, 240, 340. 제어부
142, 242, 342. 시간 지연기 144, 244, 344. 보호기
146, 246, 346. 제어 신호 발생기

Claims (18)

  1. 인가되는 전압을 소정 레벨로 변환하는 변환부;
    상기 변환부에 흐르는 전류를 제어하기 위해 개방하거나 폐쇄 동작하는 스위칭부;
    상기 스위칭부에 걸리는 전압이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면, 과전류가 발생한 것으로 감지하는 감지부;
    상기 과전류가 감지된 시점부터 일정 시간이 지연된 후, 사전에 설정된 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 보호 동작을 수행하는 제어부;
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하여 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 상기 스위칭부를 개방시켜 보호 동작을 수행하는 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되지 않으면, 상기 스위칭부를 정상적으로 동작시키는 전원 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전류가 감지된 시점부터 지연된 시간을 검출하여 상기 제어부에서 일정 시간이 지연되었는지 판단하게 하고, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되는지 판단하게 하는 시간 지연기를 포함하는 전원 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시간 지연기는,
    상기 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하는 카운터를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카운터에서 카운트한 횟수가 사전에 설정된 기준 횟수에 도달하면, 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연된 것으로 판단하는 전원 공급 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 카운터는,
    상기 과전류가 감지된 시점부터 정해진 시간마다 카운트하여 복수 개의 출력 단자로 하이(high) 레벨의 카운트 신호를 순차적으로 출력하는 전원 공급 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 지연기는,
    상기 복수 개의 출력 단자에서 출력되는 복수 개의 카운트 신호를 AND 연산하여 제1 게이트 신호를 출력하는 제1 AND 게이트를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시간 지연기를 이용하여 상기 과전류가 감지된 시점부터 상기 일정 시간이 지연되었는지 판단하고, 상기 일정 시간이 지연된 후, 상기 보호 시간 내에 상기 과전류가 다시 감지되면, 상기 보호 동작을 수행하는 보호기를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 스위칭부에 걸리는 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 스위칭부에 걸리는 전압이 상기 기준 전압 이상이면, 과전류 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 전원 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보호기는,
    제1 입력 단자에 상기 비교기에서 출력된 신호가 입력되고, 제2 입력 단자에 클럭 신호가 입력되고, 출력 단자에서 출력되는 출력 신호를 상기 카운터로 입력하는 RS 플립 플롭(Flip Flop)을 포함하는 전원 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보호기는,
    상기 비교기에서 출력된 신호와 상기 제1 AND 게이트에서 출력된 제1 게이트 신호를 AND 연산하는 제2 AND 게이트를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 AND 게이트는,
    상기 비교기에서 과전류 신호가 입력되고, 상기 제1 AND 게이트에서 하이 레벨의 제1 게이트 신호가 입력되면, 두 신호를 AND 연산하여 상기 보호 동작을 수행하기 위한 하이 레벨의 보호 신호를 출력하는 전원 공급 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 보호기에서 출력된 보호 신호에 따라 상기 스위칭부를 개방하거나 폐쇄하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 발생기를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 스위칭부에 걸리는 전압을 감지하는 센싱 저항을 더 포함하는 전원 공급 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스위칭부에 걸리는 전압은,
    상기 스위칭부의 소스(source)단에서 출력되는 전압인 전원 공급 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 인가되는 전압을 소정 레벨로 승압하는 인덕터인 전원 공급 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    1차 권선 및 상기 1차 권선으로부터 전원이 유도되는 2차 권선을 갖는 트랜스포머인 전원 공급 장치.
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