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KR101431382B1 - 유도성 부하를 갖는 직류 전원 공급단에서의 돌입 전류 제한 회로 - Google Patents

유도성 부하를 갖는 직류 전원 공급단에서의 돌입 전류 제한 회로 Download PDF

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KR101431382B1
KR101431382B1 KR1020130060207A KR20130060207A KR101431382B1 KR 101431382 B1 KR101431382 B1 KR 101431382B1 KR 1020130060207 A KR1020130060207 A KR 1020130060207A KR 20130060207 A KR20130060207 A KR 20130060207A KR 101431382 B1 KR101431382 B1 KR 101431382B1
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Abstract

아래의 실시예는 유도성 부하를 가지는 직류 전원 공급단에서의 돌입 전류를 제한하는 회로 구조에 관한 것이다. 돌입 전류 제한 회로에 있어서, 폴리 스위치를 이용하여 일정 기준 이하의 전류를 공급하는 전류 제어부; 공급된 전류의 인가로 부하의 전압이 기준 전압보다 높아지면 트랜지스터를 구동하는 피드백 제어부; 및 트랜지스터의 신호를 이용하여 제한된 전류를 공급 받는 회로부를 포함하는 돌입 전류 제한 회로가 제공될 수 있다.

Description

유도성 부하를 갖는 직류 전원 공급단에서의 돌입 전류 제한 회로{CIRCUIT OF LIMITING LOAD RUSH CURRENT IN DIRECT CURRENT INPUT-PART HAVING INDUCTIVE LOAD}
아래의 실시예는 유도성 부하를 가지는 직류 전원 공급단에서의 돌입 전류를 제한하는 회로 구조에 관한 것이다.
일반적으로 시스템에서 필요한 전압을 공급하기 위한 전원 공급 장치는 전원이 스위치에 의하여 턴 온(Turn-on)되는 초기에 순간적인 과전압이 발생하고, 이로 인한 돌입 전류가 전원 공급 장치에 문제를 발생시킬 수 있으며, 후단의 시스템에 오동작을 유발할 수 있다.
여기서 돌입 전류란 전자제품의 전원을 온(On) 시킬 때에 회로 내에서 일시적으로 발생하는 대전류를 말하며, 일반적으로 이 돌입 전류는 써미스터 (Thermistor)를 사용하여 낮출 수 있다.
그러나, 일반적인 써미스터는 주변 환경의 영향을 많이 받기 때문에 특히 극도로 낮은 환경에서는 써미스터의 온도가 올라가지 못해 전자제품의 오작동을 유발하거나 돌입 전류의 제한에 오류가 나타날 수 있다.
이와 관련하여 한국공개특허 제10-2007-0016413호에서는 초기 돌입 전류를 방지하기 위한 전원 공급기의 돌입 전류 제한 회로에 대해서 기재하고 있다.
본 발명의 실시예는 상기의 문제를 극복하기 위한 것으로, 초기에 어느 정도의 부하에 공급되면서 임의의 전압이 상승하면 서서히 전원을 공급하는 전류 제한 회로를 제공하기 위한 것이다.
이와 더불어, 유도성 부하와 같이 초기에 순간적인 대전류를 필요로 하는 직류 전원 공급단에서의 예기치 않는 과도한 돌입 전류를 제한하는 방식에 있어서, 부하단의 초기 전압 강하 없이 정격 전압을 유지하기 위한 방법을 제안하고자 한다.
돌입 전류 제한 회로에 있어서, 폴리 스위치를 이용하여 일정 기준 이하의 전류를 공급하는 전류 제어부; 공급된 전류의 인가로 부하의 전압이 기준 전압보다 높아지면 트랜지스터를 구동하는 피드백 제어부; 및 트랜지스터의 신호를 이용하여 제한된 전류를 공급 받는 회로부를 포함하는 돌입 전류 제한 회로가 제공될 수 있다.
일측에 있어서, 전류 제어부는, 일정 시간 동안 일정한 값보다 큰 전류가 폴리 스위치를 통하여 흐르는 경우, 폴리 스위치의 내부 저항 값의 증가를 통해 전류를 제할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 피드백 제어부는, 전류가 인가되면 부하의 전압을 상승시키고, 부하의 전압이 기준 전압보다 높아지면 트랜지스터를 구동시킬 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 회로부는 트랜지스터의 신호를 입력 받아 MOSFET을 서서히 턴 온(Turn-on)하여 제한된 전류를 공급 받을 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 회로부는 MOSFET의 소스(Source)와 드레인(Drain)을 도통시킴으로써, 폴리 스위치를 통해 흐르던 전류를 공급 받을 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 회로부는 MOSFET의 게이트(Gate) 전압을 강하시켜 부하에 정격 전압을 유지하며, 폴리 스위치를 통해 흐르던 전류를 공통으로 흐르게 함으로써 부하에 정격 전압을 유지하도록 할 수 있다.
돌입 전류 제한 회로에 있어서, 초기 빠른 돌입 전류의 입력을 제한하는 폴리 스위치; 베이스(Base)가 제1 노드를 통해 폴리 스위치와 연결되고, 컬렉터(Collector)가 제1 저항과 연결되며, 이미터(Emitter)가 그라운드와 연결되는 제1 트랜지스터; 및 드레인(Drain)이 제1 노드를 통해 폴리 스위치와 연결되고, 게이트(Gate)가 제1 저항과 연결되며, 드레인과 게이트는 제1 커패시터와 제2 저항을 통해 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하며, 제1 저항, 제2 저항 및 제1 커패시터는 게이트의 전압을 강하시켜 부하에 정격 전압을 유지하기 위해 포함되는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예를 통해 초기에 어느 정도의 부하에 공급되면서 임의의 전압이 상승하면 서서히 전원을 공급하는 전류 제한 회로를 제공할 수 있다.
또한, 유도성 부하와 같이 초기 빠른 돌입 전류에 대응하는데 폴리 스위치를 이용하고, 일정 조건하에서 전류 제한 회로를 통해 전원을 공급함으로써 부하에 안정된 전원 공급을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 돌입 전류를 제한하는 회로의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 돌입 전류 제한 회로의 구성과 그 동작에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
스위칭 소자를 통한 직류 전원을 제공하는 방식에 있어서 짧은 턴 온 구간에서 돌입성 전류가 부하에 흐르게 되는데, 이 전류를 제한하는 여러 가지 방법 중에 턴 온 지연 회로를 이용한 제한 방식은 큰 유도성 부하에는 대응하기 어렵다.
그러므로 초기 빠른 돌입 전류는 폴리 스위치로 전류를 제한하도록 하여 급격한 전류 증가에 의한 입력 측의 전압 강하를 방지할 수 있으나, 일정 양 이상의 전류가 흐르게 될 때는 폴리 스위치 특성상 내부의 급격한 저항의 증가로 부하에 충분한 정격 전압을 전달하기 어려워진다.
따라서, 본 발명의 실시예는 스위칭 소자를 통해 직류 전원을 턴 온/턴 오프(Turn-on/Turn-off)하여 부하에 직류 전원을 제공하기 위한 방식에 있어서, 유도성 부하와 같이 스위칭 소자의 전류 정격을 넘어서는 순간적인 대전류 또는 과도한 돌입 전류가 유입될 경우, 해당 소자의 소손이나 MTBF(Mean Time Between Failure)를 급격히 떨어뜨려 향후 불량의 원인이 될 수 있는 요소가 될 수 있으므로, 이를 제거하기 위해 전원을 서서히 공급하는 회로를 구현하고, 초기 빠른 돌입 전류를 폴리 스위치로 보완하는 회로를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 유도성 부하를 갖는 직류 전원 공급단에서 돌입 전류를 제한하는 회로(100)의 구성을 설명하기 위한 회로도이다. 돌입 전류 제한 회로(100)는 초기에 어느 정도의 전류가 부하에 공급되면서 임의의 크기의 전압이 상승하면 서서히 전원을 공급하기 위한 구성으로서, 전류 제어부(101), 피드백 제어부(102), 그리고 회로부(103)를 포함할 수 있다.
전류 제어부(101)는 폴리 스위치(F1)를 포함하는 구성으로, 유도성 부하에 전원을 공급하는 초기 턴 온(Turn-on) 구간에 빠른 돌입 전류를 제한할 수 있다. 이러한 실시예는 폴리 스위치의 전류 제한 효과를 이용함으로써 가능하며, 일정량 이하의 전류(IFUSE?ILOAD)를 공급할 수 있다.
전류 제어부(101)는 부하 단의 쇼트(Short)와 같이 일정 시간 동안에도 과도한 전류가 흐르게 될 때에, 폴리 스위치의 급격한 내부 저항의 증가를 이용하여 입력 전류를 제한하는 퓨즈(Fuse)의 역할을 함께 수행할 수 있다.
돌입 전류 제한 회로(100)의 동작 시, 전류 제어부(101)를 통해 일정량의 전류가 부하에 인가되면, 부하단에 걸리는 전압이 상승하면서 임의의 기준 전압(Vref=VZDf+Vbe)보다 높은 전압까지 상승하게 되면 피드백 제어부(102)의 피드백 트랜지스터(Q2)를 턴 온 시킬 수 있다. 여기서, 임의의 기준 전압은 피드백 제어부(102)의 제너 다이오드(ZDf)의 전압 및 피드백 트랜지스터(Q2)의 베이스(Base)와 이미터(Emitter) 사이의 전압의 합을 의미한다.
피드백 제어부(102)는 전압이 상승하면서 임의의 기준 전압보다 높은 전압이 인가되면, 피드백 트랜지스터(Q2)를 구동시키며, 피드백 트랜지스터의 구동으로 발생하는 신호에 의해서 회로부(103)의 MOSFET 트랜지스터(Q1)를 서서히 턴 온하여 제한된 전류를 공급하도록 할 수 있다.
실시예에 있어서, 피드백 제어부(102)는 회로부(103)의 MOSFET 트랜지스터(Q1)를 구동할 수 있는 조건을 만들고, 폴리 스위치를 통해 흐르던 부하 전류(IFUSE)는 MOSFET 트랜지스터(Q1)의 소스(Source)와 드레인(Drain)을 도통시켜 점차적으로 MOSFET 트랜지스터를 포함하는 회로부(103)를 통해 부하에 전류가 흐를 수 있게 된다.
따라서, 초기의 전원 스위치가 동작하여 발생하는 돌입 전류를 제한하기 위해 회로에 전류 제어부(101)에 폴리 스위치를 포함하며, 이러한 폴리 스위치의 특성상 급격한 저항 증가로 부하로 충분한 정격 전압을 전달하지 못하기 때문에, 회로부(102)를 포함하여 전류가 부하에 공급되면서 전압이 상승하면 서서히 전원을 공급할 수 있는 돌입 전류 제한 회로(100)를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 돌입 전류 제한 회로(100)의 구성에 대해서 설명하고자 한다.
먼저, 전류 제어부(101)는 빠른 돌입 전류의 입력을 제한하는 폴리 스위치를 포함할 수 있다. 폴리 스위치는 부하에 전원을 공급하는 초기 턴 온 구간에서 빠른 돌입 전류를 제한하는 퓨즈 역할을 수행할 수 있다.
피드백 제어부(102)는 피드백 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있는데, 해당 트랜지스터는 전류 제어부(101)의 제1 단에 연결되며, 피드백 트랜지스터의 연결에 대해서 설명하면, 베이스(Base)가 제1 노드를 통해 상기 폴리 스위치와 연결되고, 컬렉터(Collector)가 제1 저항과 연결되며, 이미터(Emitter)가 그라운드와 연결될 수 있다.
전압이 상승하면서 임의의 기준 전압보다 높은 전압이 인가되면 피드백 트랜지스터(Q2)가 동작할 수 있는데, 이러한 동작 신호에 의해서 회로부(103)에 포함되는 MOSFET 트랜지스터(Q1)가 턴 온(Turn-on)될 수 있다.
이때, MOSFET 트랜지스터의 연결에 대해서 설명하면, 드레인(Drain)이 제1 노드를 통해 폴리 스위치와 연결되고, 게이트(Gate)가 제1 저항(Rg)과 연결되며, 소스(Source)는 입력 전원(Vin)과 연결될 수 있다. 또한, 드레인과 게이트는 제1 커패시터(Cgd)와 제2 저항(Rgd)을 통해 연결될 수 있다.
앞서 나열한 제1 저항, 제2 저항 및 제1 커패시터는 회로부(103) 내에 포함되어 MOSFET 트랜지스터의 게이트 전압을 강하시켜 부하에 정격 전압을 유지하는 역할을 할 수 있다.
제1 저항, 제2 저항 및 제1 커패시터를 포함하여 구성된 회로부(103)를 통해 흐르는 전류(IFET)는 MOSFET 트랜지스터의 게이트 전압을 서서히 강하시킴으로써 폴리 스위치를 통해 흐르던 전류(IFUSE)와 공통으로 부하에 흐르도록 함으로써 부하에 안정된 정격 전압을 유지하도록 보완할 수 있다.
이와 같은 실시예를 통해 초기에 어느 정도의 부하에 공급되면서 임의의 전압이 상승하면 서서히 전원을 공급하는 전류 제한 회로를 제공할 수 있다.
또한, 유도성 부하와 같이 초기 빠른 돌입 전류에 대응하는데 폴리 스위치를 이용하고, 일정 조건하에서 전류 제한 회로를 통해 전원을 공급함으로써 부하에 안정된 전원 공급을 유지할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 돌입 전류 제한 회로
101: 전류 제어부
102: 피드백 제어부
103: 회로부

Claims (7)

  1. 돌입 전류 제한 회로에 있어서,
    폴리 스위치를 이용하여 일정 기준 이하의 전류를 공급하는 전류 제어부;
    상기 공급된 전류의 인가로 부하의 전압이 기준 전압보다 높아지면 트랜지스터를 구동하는 피드백 제어부; 및
    상기 트랜지스터의 신호를 이용하여 제한된 전류를 상기 부하로 공급하는 회로부
    를 포함하고,
    상기 전류 제어부는,
    일정 시간 동안 일정한 값보다 큰 전류가 상기 폴리 스위치를 통하여 흐르는 경우, 상기 폴리 스위치의 내부 저항 값의 증가를 통해 상기 전류를 제한하는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 제어부는,
    상기 전류가 인가되면 상기 부하의 전압을 상승시키고, 상기 부하의 전압이 상기 기준 전압보다 높아지면 상기 트랜지스터를 구동시키는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로부는 상기 트랜지스터의 신호를 입력 받아 MOSFET을 서서히 턴 온(Turn-on)하여 제한된 전류를 공급 받는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회로부는 상기 MOSFET의 소스(Source)와 드레인(Drain)을 도통시킴으로써, 상기 폴리 스위치를 통해 흐르던 전류를 공급 받는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회로부는 상기 MOSFET의 게이트(Gate) 전압을 강하시켜 상기 부하에 정격 전압을 유지하며,
    상기 폴리 스위치를 통해 흐르던 전류를 공통으로 흐르게 함으로써 상기 부하에 정격 전압을 유지하도록 하는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
  7. 돌입 전류 제한 회로에 있어서,
    초기 빠른 돌입 전류의 입력을 제한하는 폴리 스위치;
    베이스(Base)가 제1 노드를 통해 상기 폴리 스위치와 연결되고, 컬렉터(Collector)가 제1 저항과 연결되며, 이미터(Emitter)가 그라운드와 연결되는 제1 트랜지스터; 및
    드레인(Drain)이 상기 제1 노드를 통해 폴리 스위치와 연결되고, 게이트(Gate)가 상기 제1 저항과 연결되며, 상기 드레인과 게이트는 제1 커패시터와 제2 저항을 통해 연결되는 제2 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 제1 저항, 상기 제2 저항 및 상기 제1 커패시터는 상기 게이트의 전압을 강하시켜 부하에 정격 전압을 유지하기 위해 포함되는 것
    을 특징으로 하는 돌입 전류 제한 회로.
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