KR100541450B1

KR100541450B1 - 전원공급장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100541450B1
Application number: KR1020030054884A
Authority: KR
Inventors: 이승재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2006-01-10
Also published as: KR20050017729A; US20050029963A1

Abstract

본 발명은 한 쌍의 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하여 전원출력단을 통해 출력하는 전원공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 전원공급장치는, 상기 전원입력단과 상기 전원출력단 사이의 전원공급라인에 배치되어 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 온/오프하는 적어도 하나의 스위칭부와; 장치 내의 프레임 그라운드단자의 외부 접지전위점으로의 접지접속여부를 감지하는 접지접속감지부와; 상기 접지접속감지부의 감지결과 상기 프레임 그라운드단자가 상기 접지전위점에 접속되지 아니한 경우, 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 상기 스위칭부를 턴오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 프레임그라운드단자가 접지되지 않은 경우 전원공급을 차단하여 안전상의 위험을 줄일 수 있다.

Description

전원공급장치 및 그 제어방법{POWER SUPPLY APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 블록도,

도 2는 도 1의 부분상세회로도,

도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치의 제어흐름도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급장치의 제어흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10a, 10b : 전원입력단 12 : 전원안정화부

14 : 스위칭부 16 : 브릿지정류부

18 : 트랜스포머 20 : 출력필터

22 : 전원출력단 24 : 트랜지스터

26 : PWM변조회로 30 : 접지접속감지부

32 : 중립단전위정류부 34 : 전압비교부

40 : 제어부

본 발명은, 전원공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 프레임그라운드단자가 접지되지 않은 경우 전원공급을 차단하여 안전상의 위험을 줄일 수 있는 전원공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기, 전자기기에는 기기가 동작할 수 있도록 상용 교류전원을 직류전압으로 변환해주는 직류전원 공급장치가 필요하며, 이러한 직류전원 공급장치로 효율이 높으면서 소형경량인 스위칭모드 전원공급장치(SMPS:Switching Mode Power Supply)가 주로 사용되고 있다.

이러한 전원공급장치로부터 공급받은 전원에 의해 동작하는 세탁기, 냉장고, 전자렌지 등의 전기기기는 제품의 특성상 그 표면이 도전성 물질로 이루어져 있으며, 프레임그라운드단자에서 인출된 접지선을 통해 접지전위점에 접속(예를 들어 땅에 묻거나 건물의 접지단자에 접속) 하도록 함으로써 전기기기에서 누전이 발생하였을 경우 이를 접지전위점으로 흐르도록 유도한다.

그러나, 전기기기의 설치위치는 대지의 접지전위점과는 거리상 많이 이격되어 있어 접지선을 접지전위점에 접속시키기가 용이하지 않으며, 3구 콘센트를 사용하는 경우에는 접지단자가 설치되어 있지 않은 건물의 경우 이를 이용할 수 없어 결과적으로 전기기기의 프레임그라운드단자에서 인출된 접지선을 접지전위점에 접속시킬 수가 없게 된다. 이에 따라, 누설전류의 발생으로 인한 안전상의 위험이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 프레임그라운드단자가 접지되지 않은 경우 전원 공급을 차단하여 안전상의 위험을 줄일 수 있는 전원공급장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 한 쌍의 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하여 전원출력단을 통해 출력하는 전원공급장치에 있어서, 상기 전원입력단과 상기 전원출력단 사이의 전원공급라인에 배치되어 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 온/오프하는 적어도 하나의 스위칭부와; 장치 내의 프레임 그라운드단자의 외부 접지전위점으로의 접지접속여부를 감지하는 접지접속감지부와; 상기 접지접속감지부의 감지결과 상기 프레임 그라운드단자가 상기 접지전위점에 접속되지 아니한 경우, 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 상기 스위칭부를 턴오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 각 전원입력단과 상기 프레임 그라운드단자 사이에 접속되어, 상기 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하여 전원을 안정화시키는 전원안정화부를 더 포함하고; 상기 접지접속감지부는, 상기 전원입력단 중 중립(neutral) 입력단 측 전원안정화부의 출력전압을 정류하는 중립단전위정류부와, 상기 중립단전위정류부의 출력전압이 소정의 기준전압보다 낮은 경우 소정 레벨의 비접지신호를 출력하는 전압비교부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 기준전압은 상기 프레임 그라운드단자의 전위와 등전위를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제어부는 상기 전압비교부의 비접지신호에 따라 오프되는 스위치를 포함하고; 상기 스위칭부는 상기 스위치의 오프시 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하는 릴레이를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중립단전위정류부와 상기 전압비교부 사이에 개재되어 상기 중립단전위정류부의 출력전압의 노이즈를 제거하기 위한 커패시터와; 상기 커패시터로부터의 출력전압을 소정 비율로 분배하여 상기 전압비교부의 입력단에 출력하는 복수의 분배저항을 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따르면, 한 쌍의 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하여 전원출력단을 통해 출력하는 전원공급장치의 제어방법에 있어서, 장치 내의 프레임 그라운드단자의 외부 접지전위점으로의 접지접속여부를 감지하는 단계와; 상기 감지결과 상기 프레임 그라운드단자가 상기 접지전위점에 접속되지 아니한 경우, 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 전원입력단 중 중립(neutral) 입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하여 전원을 안정화시키는 단계를 더 포함하고; 상기 접지접속여부 감지 단계는, 상기 안정화된 중립입력단 측의 출력전압을 정류하는 단계와; 상기 정류된 전압이 소정의 기준전압보다 낮은 경우 소정 레벨의 비접지신호를 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 비접지신호에 따라 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정류된 중립입력단 측의 출력전압의 노이즈를 제거하는 단계와; 상기 노이즈가 제거된 전압을 소정 비율로 분배하는 단계와; 상기 분배된 전압을 소정의 기준전압과 비교하는 단계를 더 포함하는 것이 가능하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 블록도이며, 도 2는 도 1의 부분상세회로도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 전원공급장치는, 외부로부터 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하는 전원안정화부(12)와, 전원안정화부(12)의 출력전압을 정류하는 브릿지정류부(16)와, 브릿지정류부(16)의 출력전압을 소정 레벨의 직류전압으로 변환하기 위한 트랜스포머(18), 트랜지스터(24) 및 PWM변조회로(26)와, 트랜스포머(18)의 출력전압을 필터링하는 출력필터(20)와, 전원안정화부(12)와 브릿지정류부(16) 사이에 개재되는 스위칭부(14)와, 장치 내의 프레임그라운드 단자(FG)의 접지전위점(미도시)으로의 접속여부를 감지하는 접지접속감지부(30)와, 접지접속감지부(30)의 감지결과에 따라 스위칭부(14)를 제어하는 제어부(40)를 포함한다.

통상적으로 전원공급장치에는 상용 교류전원을 입력받기 위한 라이브(live) 단자(10a)와 중립(neutral) 단자(10b) 및 접지단자인 그라운드(ground) 단자(10c)가 마련된다. 여기서, 라이브 단자(10a)에는 "+"전류가 흐르고, 중립 단자(10b)에는 "-" 전류가 흐르게 된다.

전원안정화부(12)는 일단이 라이브 단자(10a), 중립 단자(10b) 각각에 접속되고 타단이 프레임 그라운드 단자(FG)에 접속되는 커패시터(12a, 12b)인 것이 바람직하며, 라이브 단자(10a)와 중립 단자(10b)를 통해 입력된 상용 교류전원 입력라인의 잡음이 내부로 유입되는 것을 방지하는 한편, 내부의 스위칭 잡음이 입력라인으로 유입되는 것을 방지한다.

브릿지정류부(16)는 전원안정화부(12)의 출력전원을 브리지다이오드를 사용하여 전파정류를 하며, 평활용 콘덴서를 통해 평평한 직류 전압으로 변환하여 트랜스포머(18)의 1차측 권선에 인가한다.

펄스폭변조(PWM : Pulse width modulation)를 행하는 PWM변조회로(26)는 트랜지스터(24)에 펄스폭변조 파형을 제공하여 트랜지스터(24)의 스위칭동작을 제어한다. 트랜지스터(24)가 스위칭동작을 하게 되면, 트랜스포머(18)의 1차측 권선으로부터 2차측 권선으로 교류전압이 유기되게 되며, 2차측 권선으로 유기된 교류전압은 출력필터(20)를 통해 리플과 노이즈가 제거되어 트랜스포머(18)의 1차측 및 2차측의 각 권선비에 따른 직류전원으로 변환되어 전원출력단(22)을 통해 전력소모부품에 출력되게 된다.

접지접속감지부(30)는, 저항(32a)과 다이오드(32b)를 통해 중립 단자(10b) 측 전원안정화부(12)의 출력전압(Va)을 반파정류하는 중립단전위정류부(32)와, 중 립단전위정류부(32)의 출력전압을 소정의 기준전압과 비교하여 비교결과신호를 출력하는 전압비교부(34)를 포함한다.

여기서, 중립단전위정류부(32)의 출력전압(Ve)은 커패시터(36)를 통해 노이즈가 제거되고, 분배저항(38a, 38b)을 통해 소정 비율로 분배되어 전압비교부(34)의 반전(-) 입력단자로 인가되게 된다.

전압비교부(34)는 입력된 분배전압(Vb)을 소정의 기준전압과 비교하여 비교결과신호(TS)를 출력한다. 이 실시예에서 기준전압은 프레임 그라운드 단자(FG)의 전위와 등전위로 설정하였다. 여기서, 저항(34b)은 풀업 저항이다.

만약 프레임그라운드 단자(FG)가 접지전위점에 접속되어 있는 경우에는 프레임그라운드단자(FG)의 전위는 0V를 나타내고 중립 단자(10b) 측 입력라인의 전압(Va)은 프레임 그라운드단자(FG)의 전위보다 높은 전위를 나타낸다.

중립 단자(10b) 측 입력라인의 전압(Va)이 중립단전위정류부(32), 커패시터(36) 및 분배저항(38a, 38b)을 통과하여 전압비교부(34)의 반전 입력단자에 인가되면, 비반전(+) 입력단자의 기준전압인 0V보다 크므로 로우(low)신호를 출력하게 된다.

한편, 프레임그라운드 단자(FG)가 접지전위점에 접속되어 있지 아니한 경우에는 프레임그라운드 단자(FG)의 전위는 큰 값을 갖게 되고 중립 단자(10b) 측 입력라인의 전위(Va)가 프레임그라운드 단자(FG)의 전위보다 작거나 (-)전위를 가지게 된다.

중립 단자(10b) 측 입력라인의 전압(Va)이 중립단전위정류부(32), 커패시터(36) 및 분배저항(38a, 38b)을 통해 전압비교부(34)의 반전 입력단자에 인가되면, 비반전 입력단자의 기준전압인 프레임그라운드 단자(FG)의 전위보다 작으므로 하이(high)신호를 출력하게 된다.

스위칭부(14)는 라이브 단자(10a) 및 중립 단자(10b)와 브릿지정류부(16) 사이의 전원라인에 마련되어 코일(14a)에 흐르는 전류의 유무에 따라 전원을 공급 및 차단하도록 온/오프되는 접점(14b, 14c)을 갖는 릴레이인 것이 바람직하다.

제어부(40)는 전압비교부(34)의 출력신호에 따라 온/오프되는 전계효과트랜지스터(SW1)인 것이 바람직하다. 이 전계효과트랜지스터(SW1)는 게이트단에 전압비교부(34)로부터 하이신호가 인가될 때 턴오프되고, 로우신호가 인가될 때 턴온된다.

전계효과트랜지스터(SW1)가 턴온되면서 릴레이의 코일(14a)에는 전류가 흐르게 되며, 이에 따라 릴레이의 접점(14b, 14c)이 닫히게 되어 브릿지정류부(16)로 전원안정화부(12)의 출력전원이 공급되게 된다.

한편, 트랜지스터(SW1)가 턴오프되면 릴레이의 코일(14a)에는 전류가 흐르지 않게 되며, 이에 릴레이의 접점(14b, 14c)이 열리게 되어 브릿지정류부(16)로 전원안정화부(12)의 출력전원 공급이 차단되게 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 전원공급장치의 제어흐름을 도 3에 도시하였다. 먼저, 접지접속감지부(30)를 통해 장치 내의 프레임 그라운드 단자(FG)의 접지 접속여부를 감지한다(S10). 감지결과, 프레임 그라운드 단자(FG)가 접지에 접속되어 있는 경우, 제어부(40)는 스위칭부(14)를 턴온시켜 전원입력단(10a, 10b)으 로부터 전원출력단(22)으로 전원이 공급되도록 한다(S12). 한편, 프레임 그라운드 단자(FG)가 접지에 접속되어 있지 아니한 경우, 제어부(40)는 스위칭부(14)를 턴오프시켜 전원입력단(10a, 10b)으로부터 전원출력단(22)으로 공급되는 전원을 차단하도록 한다(S14). 이에, 프레임그라운드 단자(FG)가 접지에 접속되지 아니한 경우 전원을 차단하도록 함으로써 누설전류로 인한 안전상의 위험을 줄일 수 있다.

도 4를 참조하여 본 전원공급장치의 제어흐름을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 중립 단자(10b) 측 전원안정화부(12)의 출력전압(Va)을 중립단전위정류부(32)를 통해 정류한다(S20). 그리고, 정류된 전압(Ve)은 커패시터(36)에 의해 노이즈가 제거되고, 분배저항(38a, 38b)에 의해 소정 비율로 분배되어 전압비교부(34)에 인가된다(S22). 전압비교부(34)는 입력된 분배전압(Vb)과 프레임 그라운드단자(FG)의 전위와 등전위인 기준전압을 비교한다(S24). 비교결과, 분배전압(Vb)이 기준전압보다 작은 경우 제어부(40)로 하이 신호를 인가한다(S26). 이에, 제어부(40)는 스위칭부(14)를 턴오프시켜 전원을 차단시킨다(S30). 반면, 전압비교부(34)는 분배전압(Vb)이 기준전압보다 큰 경우 제어부(40)로 로우 신호를 인가한다(S28). 이에, 제어부(40)는 스위칭부(14)를 턴온시켜 전원을 공급하도록 한다(S32).

한편, 전술한 실시예에서는 제어부(40)가 전압비교부(34)의 출력신호에 따라 온/오프되는 전계효과트랜지스터(SW1)인 것으로 상술하였으나, 전압비교부(34)의 출력신호에 따라 스위칭부(14)를 제어하도록 프로그램된 마이컴일 수도 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 스위칭부(14)가 브릿지정류부(16) 전단에 마련되는 것으로 상술하였으나, 이에 한정되지 않으며 브릿지정류부(16)와 트랜스포머(18) 사이의 전원라인, 트랜스포머(18)와 출력필터(20) 사이의 전원라인, 출력필터(20)와 전원출력단(22) 사이의 전원라인 중 어느 하나에 마련될 수도 있음은 물론이다.

한편, 전압비교부(34)의 반전 입력단자에 기준전압을 제공하고, 비반전 입력단자에 분배저항(38a, 38b)에 의해 분배된 전압(Vb)이 입력되도록 구성할 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 전계효과트랜지스터(SW1)는 하이 신호 인가시 턴온되도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명은 장치 내의 프레임그라운드 단자(FG)의 접지 접속여부를 감지하고, 감지결과 프레임 그라운드 단자(FG)가 접지되지 아니한 경우에 전원공급을 차단하도록 함으로써, 누설전류로 인한 안전상의 위험을 줄일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 프레임그라운드단자가 접지되지 않은 경우 전원공급을 차단하여 안전상의 위험을 줄일 수 있는 전원공급장치 및 그 제어방법이 제공된다.

Claims

한 쌍의 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하여 전원출력단을 통해 출력하는 전원공급장치에 있어서,

상기 전원입력단과 상기 전원출력단 사이의 전원공급라인에 배치되어 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 온/오프하는 적어도 하나의 스위칭부와;

상기 전원입력단의 전압과 소정의 기준전압과 비교하여 상기 전원입력단의 전압이 상기 기준전압보다 낮은 경우 장치 내의 프레임 그라운드단자가 외부 접지전위점에 접지접속되지 않은 것으로 감지하는 접지접속감지부와;

상기 접지접속감지부의 감지결과 상기 프레임 그라운드단자가 상기 접지전위점에 접속되지 아니한 경우, 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 상기 스위칭부를 턴오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 각 전원입력단과 상기 프레임 그라운드단자 사이에 접속되어, 상기 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하여 전원을 안정화시키는 전원안정화부를 더 포함하고;

상기 접지접속감지부는, 상기 전원입력단 중 중립(neutral) 입력단 측 전원안정화부의 출력전압을 정류하는 중립단전위정류부와, 상기 중립단전위정류부의 출 력전압이 소정의 기준전압보다 낮은 경우 소정 레벨의 비접지신호를 출력하는 전압비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제2항에 있어서,

상기 기준전압은 상기 프레임 그라운드단자의 전위와 등전위를 형성하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제2항에 있어서,

상기 제어부는 상기 전압비교부의 비접지신호에 따라 오프되는 스위치를 포함하고;

상기 스위칭부는 상기 스위치의 오프시 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제4항에 있어서,

상기 중립단전위정류부와 상기 전압비교부 사이에 개재되어 상기 중립단전위정류부의 출력전압의 노이즈를 제거하기 위한 커패시터와;

상기 커패시터로부터의 출력전압을 소정 비율로 분배하여 상기 전압비교부의 입력단에 출력하는 복수의 분배저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
한 쌍의 전원입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하여 전원출력단을 통해 출력하는 전원공급장치의 제어방법에 있어서,

상기 전원입력단의 전압과 소정의 기준전압과 비교하여 상기 전원입력단의 전압이 상기 기준전압보다 낮은 경우 장치 내의 프레임 그라운드단자가 외부 접지전위점에 접지접속되지 않은 것으로 감지하는 단계와;

상기 감지결과 상기 프레임 그라운드단자가 상기 접지전위점에 접속되지 아니한 경우, 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 전원입력단 중 중립(neutral) 입력단을 통해 입력되는 상용 교류전원의 노이즈를 제거하여 전원을 안정화시키는 단계를 더 포함하고;

상기 접지접속여부 감지 단계는,

상기 안정화된 중립입력단 측의 출력전압을 정류하는 단계와;

상기 정류된 전압이 소정의 기준전압보다 낮은 경우 소정 레벨의 비접지신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 기준전압은 상기 프레임 그라운드단자의 전위와 등전위를 형성하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 비접지신호에 따라 상기 전원입력단으로부터 상기 전원출력단으로 공급되는 전원을 차단하도록 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법.
제9항에 있어서,

상기 정류된 중립입력단 측의 출력전압의 노이즈를 제거하는 단계와;

상기 노이즈가 제거된 전압을 소정 비율로 분배하는 단계와;

상기 분배된 전압을 소정의 기준전압과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 제어방법.