KR930004800Y1 - 전원공급장치의 스위칭소자 보호회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전원공급장치의 스위칭소자 보호회로

제1도는 종래의 스위칭모드 전원공급장치의 회로도.

제2도는 본 고안을 적용시킨 스위칭모드 전원공급장치의 회로도.

제3도는 본 고안의 스위칭소자 보호회로의 상세회로도.

제4도는 제3도의 각부 입출력 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 펄스폭제어부 6 : 온도감지부

7 : 전원동기신호 발생부 8 : 오프신호 발생부

9 : 온신호발생부 COMP₁~COMP₄: 비교기

TH : 더미스터 TR₁~TR₃: 트랜지스터

본 고안은 스위칭모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supply)에 관한 것으로, 특히 발진을 정지 및 개시할 때 서지(Surge) 전류에 의해 스위칭소자가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 전원공급장치의 스위칭소자 보호회로에 관한 것이다.

최근에 컴퓨터와 같이 부하의 변동에 따라 출력량을 가변시켜야 하는 각종 전자제품의 전원장치로서 스위칭 모드 전원공급장치가 많이 사용되고 있다.

제1도는 이러한 스위칭모드 전원공급장치의 회로도로서, 마그네트론 구동회로(3)를 동작시키기 위해 사용된 예를 도시한 것이다.

여기서, 1은 정류회로로서, 교류전원(AC)이 입력되면 이 전원은 브릿지 다이오드(BD)에 의해 전파 정류된 후 쵸크코일(L₁)과 평활콘덴서(C₁)를 거치면서 직류전원이 되어 고압트랜스(HVT)의 1차측 코일로 인가된다.

인버터 회로(2)에서는 빠른 스위칭동작으로 이 직류전원을 다시 교류전원으로 바꾸어 고압트랜스(HVT)의 2차측 코일에 고전압을 발생시키는데, 스위칭소자인 트랜지스터(TR₁)는 그 양단에 스위칭소자 보호용 다이오드(D₁)와 공진 콘덴서(C₂)가 각각 병렬로 연결되어 베이스에 인가되는 펄스신호에 따라 온, 오프를 반복하게 된다. 마그네트론 구동회로(3)는 배압콘덴서(C₃)와 고압다이오드(D₂)와 마그네트론(NGT)으로 구성되어, 고압트랜스(HVT)의 2차측 코일로부터 고전압이 인가되면 마그네트론(MGT)이 발진하면서 고주파가 출력된다.

4는 출력 조절부로서, 고압트랜스(HVT)의 2차측 코일에 흐르는 전류가 저항(R₁)에 의해 검출되어 비교기(COMP₁)의 반전입력단자(-)로 인가되고, 비반전 입력단자(+)에는 출력설정부(41)로부터의 설정전압이 인가되므로 비교기(COMP₁)에서는 두전압을 비교하여 설정치에 대한 출력의 가감신호를 펄스폭제어부(5)로 출력하게 된다. 펄스폭 제어부(5)에서는 상기 가감신호에 따라 트랜지스터(TR₁)의 발진을 제어하기 위한 신호의 펄스폭을 가감하게 되고, 펄스폭이 달라짐에 따라 발진주파수가 달리지면서 고압트랜스(HVT) 2차측의 출력전압도 설정치로 유지된다. 이때 펄스폭 제어부(5)에는 고압트랜스(HVT)의 2차측 코일로부터 발진주파수의 동기검출신호가 인가된다.

6은 스위칭소자가 부착된 방열판의 온도를 감지하는 온도 감지부로서, 발진동작중 팬의 작동불량으로 인하여 방열판의 온도가 올라가게 되면, 더미스터(TH)의 저항값은 작아지게 되고, 이로인해 저항(R₂)(R₂)에 의해 설정된 비교기(COMP₂)의 기준전압보다 온도감지전압, 즉 더미스터(TH)와 저항(R₄)의 분배전압이 커지게 되므로 비교기(COMP₂)는 발진정지신호를 펄스폭 제어부(5)로 출력하게 된다. 펄스폭 제어부(5)에서는 발진정지신호가 인가되면 즉시 트랜지스터(TR₁)의 발진을 방지시켜 과열을 방지하게 된다.

발진이 정지된 후 시간이 경과하여 방열판이 냉각되면, 더미스터(TH)의 저항값이 커지면서 온도 감지전압이 비교기(COMP₂)의 기준전압보다 낮아지게 되므로 비교기(COMP₂)는 펄스폭 제어부(5)로 발진개시신호를 출력하게 되고, 펄스폭 제어부(5)에서는 즉시 펄스신호를 출력하여 트랜지스터(TR₁)를 스위칭시키게 된다. 그러나, 이러한 방식은 방열판의 온도에 따라 발진을 정지 및 개시할 때 스위칭소자의 양단에 인가되는 전위에 관계없이 발진정지 및 개시신호가 인가되므로 스위칭 소자의 양단 전위가 높을 경우에는 서지 전류에 의해 스위칭소자가 소손되어 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것인바, 온도 감지부로부터 발진정지 및 개시신호가 인가되더라도 스위칭소자의 양단전위가 가장 낮은 사용전원의 제로 크로스(Zero Cross)점에서 발진이 정지 및 개시되게 하여 스위칭소자에 무리가 가지않도록 한 것으로, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 고안을 적용시킨 스위칭모드 전원공급장치의 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 교류전원을 정류하여 소정의 직류전원으로 변환하는 정류회로(1)와, 상기 직류전원을 빠르게 스위칭하여 고전압을 발생시키는 인버터회로(2)와, 인버터회로(2)에서 출력된 고전압에 의해 마그네트론(MGT)이 발진하여 고주파를 발생시키는 마그네트론 구동회로(3)와, 고압트랜스(HVT)의 2차측 코일에 흐르는 전류를 검출하여 설정치와 비교하고, 그에 따라 펄스폭의 가감신호를 펄스폭 제어부(5)로 출력하는 출력조절부(4)와, 고압트랜스(HVT)로부터의 발진주파수 동기검출신호와 상기 펄스폭 가감신호에 따라 스위칭트랜지스터(TR₁)의 구동을 제어하는 펄스폭 제어부(5)와, 방열판의 온도를 감지하여 기준레벨과 비교하고, 그에 따라 발진정지 및 발진개시신호를 출력하는 온도감지부(6)의 구성은 종래의 회로구성과 동일하다.

본 고안은 발진정지신호를 상용전원의 제로 크로스점까지 지연시키는 오프신호 발생부(8)를 상기 온도감지부(6)에 연결하고, 상용전원의 주파수에 다른 동기펄스신호를 발생시키는 전원동기신호발생부(7)를 상기 오프신호발생부(8)와, 발진개시신호를 상용전원의 제로크로스점까지 지연시키는 온신호 발생부(9)에 각각 연결하며, 온신호 발생부(9)를 상기 펄스폭 제어부(5)에 연결하여 구성하였다.

제3도는 본 고안의 스위칭소자 보호회로를 상세하게 보인 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이, 온도감지용 더미스터(TH) 및 저항(R₄)과, 기준전압 설정용 저항(R₂)(R₃)과, 비교기(COMP₂)와 저항(R₅)(R₆)으로 이루어진 온도감지부(6)의 구성은 종래와 동일하다.

오프신호발생부(8)는 동작종료신호나 온도감지부(6)로부터의 발진정지신호에 따라 스위칭되어 비교기(COMP₃)에 반전입력을 공급하는 트랜지스터(TR₂) 및 저항(R₇~R₉)과 비교기(COMP₃)의 비반전 입력단자(+)에 연결되어 전원동기신호 발생부(7)로부터의 펄스신호가 인가되게 하는 다이오드(D₃) 및 저항(R₁₀)과, 두 입력신호를 비교하여 상용전원의 제로 크로스점에 동기한 발진정지신호를 발생시키는 비교기(COMP₃)와, 궤환접속된 저항(R₁₁), 콘덴서(C₄), 다이오드(D₄)와, 저항(R₁₂),(R₁₃)으로 구성되어 있다. 또, 온신호 발생부(9)는 동작신호나 오프신호 발생부(8)의 출력신호에 따라 스위칭되어 비교기(COMP₄)의 반전입력을 공급하는 트랜지스터(TR₃) 및 저항(R₁₄~R₁₆), 다이오드(D₅)와, 비교기(COMP₄)의 비반전 입력단자(+)에 연결되어 전원동기신호 발생부(7)로 부터의 펄스신호가 입력되게 하는 다이오드(D₆) 및 저항(R₁₇)과, 비교기(COMP₄)와, 궤환접속된 저항(R₁₈)(R₁₉), 콘덴서(C₅), 다이오드(D₇)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안은 전원장치의 발진동작중에 냉각팬등의 작동불능으로 인하여 방열판의 온도가 상승하게 되면, 더미스터(TH)의 저항값이 작아지게 되고, 비교기(COMP₂)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 온도감지전압은 제4도 (a)에 도시된 바와 같이 커지게 된다.

온도감지전압이 저항(R₂)(R₃)에 의해 설정된 비교기(COMP₂)의 기준전압(제4도 (a)에 도시)보다 커지게 되면, 비교기(COMP₂)의 출력은 제4도 (b)에서와 같이 반전되어 고전위신호가 트랜지스터(TR₂)의 베이스로 인가되고, 트랜지스터(TR₂)가 도통되면, 비교기(COMP₃)의 반전입력단자(-)에는 저전위신호가 인가된다.

이때 상기 비교기(COMP₃)의 비반전 입력단자(+)에는 전원동기신호발생부(7)에서 출력된 주기적인 펄스신호가 인가되는데, 제4도 (c), (d)에서와 같이 교류전원의 제로크로스점마다 하나의 펄스가 인가되며, 이 펄스신호는 트랜지스터(TR₂) 온시 비교기(COMP₃)의 반전입력전위보다는 높은 전위이고, 트랜지스터(TR₂) 오프시의 반전입력전위보다는 낮은 전위를 갖는다. 그러므로 온도감지부(6)로부터의 발진정지신호나 외부의 동작종료신호가 인가된 상태에서 전원동기신호 발생부(7)로부터 펄스가 인가되면, 비교기(COMP₃)에서는 제4도 (e)에서와 같이 고전위 신호가 출력되고, 제4도 (f)에 도시된 것과 같은 동작신호에 의해 도통되어 있는 트랜지스터(TR₃)의 에미터 전위가 높아지므로 트랜지스터(TR₃)는 오프된다.

트랜지스터(TR₃)가 오프되면, 비교기(COMP₄)의 반전입력단자(-)에는 고전위신호가 인가되고, 이 신호는 비교기(COMP₄)의 비반전입력단자(+)에 인가되는 펄스의 전위보다 높으므로 제4도 (g)에서와 같이 비교기(COMP₄) 출력이 반전되어 저전위신호가 펄스폭 제어부(5)로 인가되며, 펄스폭 제어부(5)에서는 제4도 (h)에 도시된 것과 같은 구동신호를 출력하여 상용전원의 제로 크로스점에서 트랜지스터(TR₁)의 발진을 정지시키게 된다. 시간이 경과하여 방열판이 냉각되면, 더미스터(TH)의 저항값은 커지게 되고, 온도 감지전압을 감소하게 된다.

온도 감지전압이 기준전압보다 작아지게 되면, 비교기(COMP₂)의 출력이 반전되면서 저전위신호에 의해 트랜지스터(TR₂)가 오프된다. 그러므로 비교기(COMP₃)의 반전입력단자(-)에는 고전위신호가 인가되고, 이 신호는 비교기(COMP₃)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 펄스보다 높은 전위를 가지므로 비교기(COMP₃)로부터는 저전위신호가 출력되며, 이로인해 트랜지스터(TR₃)의 에미터 전위가 낮아지므로 트랜지스터(TR₃)가 도통되면서 비교기(COMP₄)의 반전입력단자(-)에는 저전위신호가 인가된다.

이때 이 신호의 레벨은 펄스의 전위보다 낮으므로 비교기(COMP₄)의 비반전 입력단자(+)에 펄스가 인가되는 순간 비교기(COMP₄)로부터는 고전위신호가 출력되며, 펄스폭 제어부(5)는 이 시점부터 트랜지스터(TR₁)의 베이스로 구동신호를 출력하여 상용전원의 제로크로스점에서부터 트랜지스터(TR₁)의 발진이 시작되도록 한다.

이상에서와 같이 본 고안은 스위칭소자의 동작을 개시 및 정지시킬때 스위칭 소자의 양단 전압이 최소로 되는 상용전원이 제로크로스점에서 발진이 정지 및 개시되게 함으로써 서지전류에 의한 스위칭소자의 손상을 방지하여 제품의 수명을 연장시킴은 물론, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 펄스폭 제어부(5)의 구동신호에 따라 스위칭 소자가 발진하여 트랜스의 2차측에 설정된 전원전압을 발생시키고, 온도감지부(6)의 발진정지 및 개시신호에 따라 펄스폭 제어부(5)가 스위칭 소자의 동작을 제어하도록 된 스위치모드 전원공급장치에 있어서, 상용전원의 제로 크로스점에서 동기신호를 발생시키는 전원동기신호 발생부(7)와, 스위칭소자의 동작종료신호나 상기 온도감지부(6) 및 전원동기신호 발생부(7)의 출력신호에 따라 상용전원의 제로 크로스점에 동기한 발진정지신호를 출력하는 오프신호 발생부(8)와, 스위칭소자의 동작신호나 오프신호발생부(8) 및 전원동기신호 발생부(7)의 출력신호에 따라 상용전원의 제로 크로스점에 동기한 발진개시신호를 펄스폭 제어부(5)로 출력하는 온신호발생부(9)로 구성함을 특징으로 하는 전원공급장치의 스위칭소자 보호회로.