KR20170096424A

KR20170096424A - 서지 보호회로

Info

Publication number: KR20170096424A
Application number: KR1020160017778A
Authority: KR
Inventors: 이종현
Original assignee: 이종현
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-24

Abstract

TVS 다이오드의 특성과 용량이 큰 전해콘덴서의 직렬 조합으로 짧은 시간의 높은 이상 전압 즉, 서지 전압을 흡수하여 서지 전압이 회로로 유입되는 것을 차단하기 위한 서지 보호회로이다. TVS 다이오드의 Breakdown 전압 이상의 서지 전압을 전해콘덴서 방전상태에서 급속하게 흡수하여 일정전압으로 충전되어, 도면1~3에서 처럼 TVS 다이오드를 통해 방전하거나, 추가 구성한 방전루프 다이오드와 저항을 통한 방전이 이루어진다. 고안 회로는 LED 구동을 위한 싱글스테이지 컨버터, LED 구동용 AC DRIVE IC 사용 회로, 트랜스 없는 파워 회로, AC를 직접 투입하는 LED LAMP 회로 등의 BRIDGE 다이오드의 +,-에 연결하여 사용하므로 해서 서지에 대한 내성을 바리스터 사용 시 보다 최소 1.5배 이상 상승하여 주는 효과를 갖는다.

Description

서지 보호회로 {Surge Protection Circuit}

본 고안은 LED 구동용 싱글스테이지 컨버터 또는 트랜스 없는 파워, AC 드라이브 IC 회로, 트랜스 없이 AC를 직접 입력 하도록 구성된 LED LAMP 등의 BRIDGE DIODE 다음 단의 DC 회로단에 연결하여 사용하는 서지 보호회로에 관한 것으로, TVS DIODE와 전해콘덴서, 다이오드, 저항 등을 조합하여 반복적인 서지에 TVS DIODE의 클리핑 전압 이상의 서지 전압은 전해콘덴서에 의해서 흡수된 후 충전된 전압은 "+" 측 전압이 낮아지면 방전하여 일정시간 후에는 전해콘덴서는 "0" 전위에 가깝게 된다. 이와 같이 짧은 서지성 전압이 회로에 인입되는 것을 방지하기 위한 회로로 TVS 다이오드와 전해콘덴서의 조합으로 돌입전류의 증가 없이 이상 서지 전압이 발생시 전해콘덴서 방전 상태을 이용하여 써지를 흡수하면서 전해콘덴서 전압이 상승하면서 자연스럽게 TVS 다이오드의 클리핑 전압도 상승하면서 TVS 다이오드의 파손 우려도 줄여주면서 용량이 수 uF인 전해콘덴서에 의해서 짧은 시간의 높은 서지전압은 낮은 전압으로 전해콘덴서에 충전되면서 이상 서지 전압은 회로 파손 우려가 없는 안정권내의 전압으로 클리핑 함을 목적으로 한 것이다.

일반적으로 서지 보호회로는 벽스위치의 ON/OFF에 의한 개폐서지, 또는 주변 전기 장치에서 유발된 서지 전압에 의한 회로 파손을 방지하기 위한 것이다. 이러한 서지 전압을 방지하기 위해서 스위칭파워와 트랜스 없는 파워, LED 구동용 AC DRIVE IC 사용 회로 등의 회로에 AC 입력단에 바리스터을 추가하는 것으로 서지 보호회로을 마무리 하는 것이 일반적이다. 이 경우 바리스터의 반응이 느려서 서지 전압의 내성이 그다지 높아지지 않고, 반복적인 서지에 대해서는 클리핑 전압이 점점 상승하는 등의 문제점이 있으며, 또한 DIODE와 전해콘덴서, 저항을 조합한 회로에서는 역율에 영향을 주며, 최초 전원 투입시 발생하는 돌입전류를 증가시키는 문제점이 있다.

이에 본 고안은 평상시 회로 동작에는 아무런 영향을 주지 않으면서 이상 서지 전압이 유입되었을 때에만 유입된 서지 전압을 흡수 후 방전루프을 통하여 방전하여 주면서 바리스터에 비하여 서지 전압에 대한 내성을 개선 할 수 있도록 한 것이다. 바리스터에 비하여 빠른 반응속도와 반복적인 짧은 시간에 반복되는 서지에 대해서도 클리핑 되는 전압이 처음과 끝의 차이가 작게 하고, 사용동작전압 범위내에서는 기존 회로에 어떠한 영향도 주지 않으며, 혹 사용동작전압 이상의 전압이 들어와도 전해콘덴서 등의 정격전압을 넘지 않는 한 서지 보호회로는 파손되지 않는다.

바리스터 사용 대신하여 TVS 다이오드를 사용하여 반응속도와 반복적인 서지에 대해서도 클리핑 되는 전압이 크게 상승하지 않으며, TVS 다이오드의 Breakdown 전압 이하의 사용 동작 전압에서는 회로에 어떠한 영향도 주지 않는다. 즉, 본 고안에서는 TVS 다이오드와 전해콘덴서, 다이오드, 저항 등의 결합으로 짧은 시간의 서지을 흡수해줄 그릇으로 전해콘덴서와 정상적인 동작 전압 범위 내에서는 회로에 영향이 없으면서 사용 TVS 다이오드의 Breakdown 전압 이상이 되면 클리핑하는 특성과 전해콘덴서의 결합을 이용한 것이다.

싱글스테이지 컨버터, LED 구동용 AC DRIVE IC 사용 회로, 트랜스 없는 파워 등의 회로에 역률 또는 돌입 전류 증가 없이 ON/OFF 스위치의 개폐서지 및 외부로 부터 유입되는 서지 전압에 대한 내성을 최소 1.5배 이상 향상시켜 주는 것이다.

도 1은 고안 회로의 기본 회로로 단방향 TVS 다이오드를 사용하여 서지 흡수 루프와 방전 루프가 통일한 형태로 고안회로블럭1을 BRIDGE 다이오드의 +,-에 연결하여 서지보호회로 구성. 도 2는 도 1의 기본 회로에서 양방향 TVS 다이오드를 사용하면서 다이오드와 저항을 통한 별도의 방전루프를 형성한 형태로 고안회로블럭2를 BRIDGE 다이오드의 +,-에 연결하여 서지 보호회로 구성. 도 3은 도 1의 기본 회로에서 단방향 TVS 다이오드 다음 단에 다이오드 삽입으로 방전을 차단하고, 도 2의 다이오드와 저항을 통한 방전루프를 형성한 형태로 고안회로블럭3를 BRIDGE 다이오드의 +,-에 연결하여 서지보호회로 구성.

이하, 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 고안은 도 1의 고안회로블럭1을 기본으로 하여 도 2의 고안회로블럭2와 같은 응용 방법과 도 3의 고안회로블럭3의 응용 방법 등으로 서지 보호회로 구성이 되는 것이다. 이러한 구성은 TVS 다이오드의 Breakdown 전압 이상은 통과되는 특성과 용량이 수 uF의 전해콘덴서가 TVS 다이오드를 통해서 들어오는 TVS 다이오드의 Breakdown 전압 이상의 짧은 시간 서지성 높은 전압을 흡수해 큰 콘덴서 용량에 의해 낮은 전압 형태로 충전이 이루어지고, 도 1의 고안회로블럭1 처럼 단방향 TVS 다이오드 사용 회로에서는 TVS 다이오드 순방향으로 방전 루프가 형성이 되고, 도 2와 도 3은 다이오드와 저항을 통해 방전 루프가 형성이 된다. 서지 전압 유입 시에 도 4와 같은 동작 파형을 나타낸다. 바리스터와 필터회로가 구성된 LED 구동용싱글스테이지 컨버터을 AC 라인 N-L 상 사이에 1KV, N-EARTH / L-EARTH 사이에 2KV 를 IEC 규정대로 서지인가하여 파손되는 것을 확인 후 동일 제품의 BRIDGE 다이오드 +,- 에 고안회로블럭3를 연결 후 실험결과 AC 라인 N-L 상 사이에 2KV, N-EARTH / L-EARTH 사이에 4KV 를 IEC 규정대로 서지 인가하여도 컨버터의 파손이 없이 정상 동작유지를 확인 할 수 있어 서지 내성이 상승한 것을 검증 할 수 있었다.

고안회로블럭1 : 고안한 기본회로
고안회로블럭2 : 고안한 기본회로의 응용1
고안회로블럭3 : 고안한 기본회로의 응용2

Claims

도 1의 단방향 TVS 다이오드와 전해콘덴서의 직렬 조합 회로 방식을 기본 회로로 하고, 응용 회로로 도 2의 양방향 TVS 다이오드와 전해콘덴서의 기력 조합회로에 다이오드와 저항을 통한 방전 회로방식, 도 3의 단방향 TVS 다이오드에 전해콘덴서 방향으로 순방향 다이오드 삽입 후 전해콘덴서와 직렬 연결에 다이오드와 저항을 통한 방전 회로 방식의 서지 보호 회로로 LED 구동용 싱글스테이지 컨버터, LED 구동용 AC DRIVE IC 사용 회로, LED 구동용 트랜스 없는 파워, AC를 직접 입력하는 LED LAMP 회로 등의 BRIDGE 다이오드 DC 출력측 +,-에 연결하여 사용하는 DC용 서지 보호회로.