KR0174514B1 - 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로를 제공하는데 있다. 그 회로는 기준전압과 접지전압사이에 직렬 연결된 n개의 다이오우드들 및 제1 저항들, 상기 n개의 다이오우드들로 흐르는 전류를 미러하기 위한 트랜지스터, 상기 트랜지스터와 직렬 연결된 제2 저항, 상기 제2 저항에 걸리는 전압을 제어하기 위하여 상기 트랜지스터와 상기 제2 저항의 공통점에 연결된 궤환 전압수단, 상기 제2 저항에 걸린 전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 센스 전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 비교기, 상기 비교기의 출력신호를 입력하여 펄스폭을 변조하기 위한 펄스폭 변조 제어기, 전압에 연결된 일측을 가진 인덕터, 상기 펄스폭 변조 제어기의 출력신호가 인가되는 게이트 전극과 상기 인덕터의 타측에 연결된 드레인 전극과 접지전압에 연결된 소오스 전극과 공통 연결된 캘빈 전극과 센스 전극을 가진 센스 트랜지스터, 및 상기 센스 트랜지스터의 센스 전극과 접지전극사이에 연결되어 상시 센스 전압을 발생하는 센스 저항으로 구성되어 있다.

Description

센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로
본 발명은 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로에 관한 것으로, 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로의 온도 보상 전류원에 관한 것이다.
센스 트랜지스터(SENSEFET)와 제어용 집적회로의 2칩 1패키지 제품 중에 센스 트랜지스터의 전류 감지단이 집적회로 내부에 내장되는 경우에 전류 감지단의 회로 특성에 따라 센스 트랜지스터의 전류비 온도 특성은 차이가 크다. 모스 트랜지스터에서는 이러한 특성이 나타나지 않으며 이와같은 경우 전류 제어 특성은 집적회로 내부에서만 관련된 사항이었다. 즉, 종래의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로의 전류 감지단의 전류의 온도 변화율과 센스 트랜지스터의 센싱 전류의 온도 변화율에 차이가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 센스 트랜지스터를 사용하는 2칩 1패키지의 전류 제어시에 온도 변화에 대한 최대 전류의 온도 변화율을 최소로 제어할 수 있는 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로는 기준전압과 접지전압사이에 직렬 연결된 n개의 다이오우드들 및 제1 저항들, 상기 n개의 다이오우드들로 흐르는 전류를 미러하기 위한 트랜지스터, 상기 트랜지스터와 직렬 연결된 제2 저항, 상기 제2 저항에 걸리는 전압을 제어하기 위하여 상기 트랜지스터와 상기 제2 저항의 공통점에 연결된 궤환 전압수단, 상기 제2 저항에 걸린 전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 센스 전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 비교기, 상기 비교기의 출력신호를 입력하여 펄스폭을 변조하기 위한 펄스폭 변조 제어기, 전압에 연결된 일측을 가진 인덕터, 상기 펄스폭 변조 제어기의 출력신호가 인가되는 게이트 전극과 상기 인덕터의 타측에 연결된 드레인 전극과 접지전압에 연결된 소오스 전극과 공통 연결된 캘빈 전극과 센스 전극을 가진 센스 트랜지스터, 및 상기 센스 트랜지스터의 센스 전극과 접지전극 사이에 연결되어 상시 센스 전압을 발생하는 센스 저항을 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로의 회로도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 회로의 각 부 출력 파형도이다.
도 3 은 온도에 대한 전류(is)의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로의 회로도로서, 전원전압과 접지전압사이에 직렬 연결된 n개의 다이오우드들(D1, D2, ..., Dn) 및 저항들(Ri, Ra), 다이오우드(D1)에 흐르는 전류를 미러하기 위한 PNP트랜지스터(Q1), PNP트랜지스터의 콜렉터과 접지전압사이에 연결된 저항(R1), 저항(R1)의 전압(V1)이 인가되는 네거티브 입력단자와 센스 전압(Vs)이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 비교기(10), 비교기(10)의 출력신호를 입력하여 펄스폭을 변조하기 위한 펄스폭 변조 제어기(20), 전압(VDC)에 연결된 일측을 가진 인덕터(L), 펄스폭 변조 제어기(20)의 출력신호가 인가되는 게이트 전극과 인덕터(L)의 타측에 연결된 드레인 전극과 접지전압에 연결된 소오스 전극과 공통 연결된 캘빈 전극과 센스 전극을 가진 센스 트랜지스터(30), 및 센스 트랜지스터(30)의 센스 전극과 접지전극사이에 연결된 저항(Rs), 궤환 전압(Vfb)과 접지전압사이에 직렬 연결된 저항(Rb) 및 다이오우드(D), 및 저항(Rb)과 다이오우드(D)의 공통점에 연결된 베이스와 접지전압에 연결된 에미터와 PNP트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 저항(R1)의 공통점에 연결된 콜렉터를 가진 트랜지스터(Q2)로 구성되어 있다.
도 2 는 도 1에 나타낸 회로의 각 부 출력 파형도로서, 도 2를 이용하여 도 1에 나타낸 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
펄스폭 변조 제어기(20)는 내부 주파수 클럭신호(CK)에 응답하여 센스 트랜지스터(30)는 도 2에 전압(Vs)으로 표시한 바와 같이 전압(V1)으로 충전되고 방전된다. 비교기(10)는 저항들(Ri, Rb)에 걸리는 전압(V1)과 저항(Rs)에 걸리는 전압(Vs)이 동일하게 되면 펄스신호(A)를 발생한다. 펄스폭 변조 제어기(20)는 클럭신호(CK)의 발생시에 상승하고 신호(A)의 발생시에 하강하는 펄스신호를 발생하게 된다.
전류(i1)는 궤환 전압(Vfb)에 의해서 제어되는 전류이며 센스 트랜지스터(30)의 소오스 전극을 통하여 흐르는 전류(ids)의 피크 전류는 다음과 같이 결정된다. 전류(i1)의 최대값이 저항(R1)에 곱해져서 전압(V1)이 생기면 전압(V1)과 전압(Vs)이 같아지게 되는때가 전류(ids)의 최대값이 된다. 전류(ids)는 n×is로 표시되며, 여기에서 n은 센스 트랜지스터의 전류비이다. V1=Vs, 즉 i1×R1 = is×Rs가 된다.
센스 트랜지스터(30)의 특성에 의해 전류(ids)를 일정하게 제어하게 되면 저항(Rs)의 어느값에 따라 전류비(n)는 달라지게 된다. 또한, 저항(Rs)가 온도함수를 갖게되면 센스 트랜지스터(30)의 전류비도 일정하게 어느값의 온도함수를 나타낸다.
도 3은 실험에 의해서 얻어진 결과 파형으로 전류(ids)를 온도변화에 대하여 일정하게 유지할 때 전류(is)의 변화율을 나타내는 그래프로서, 전류(ids)를 일정하게 제어할 수 있는 방법으로 전류(i1)의 온도 변화를 전류(is)의 온도 변화와 같게 하는 것이다. 따라서, 전류(is)의 온도 변화율이 20%라면 전류(i1)의 온도 변화율을 20%로 가져가면 전류(ids)의 온도 변화율은 거의 0이 된다.
도 1에 나타낸 회로는 전류(i1)의 온도 변화율()을 단순하게 설계하여 보상할 수 있다.
다이오우드들(D1, D2, ..., Dn)과 저항들(Ri, Ra)의 온도 계수를 조합하여 포지티브 또는 네거티브 값으로 조절가능하도록 한다. 그리고, 저항들(Ri, Ra)의 온도 계수는 서로 다르다.
전류(i1)과 전류(i2)는 다이오우드(D1)와 PNP트랜지스터(Q1)의 크기가 동일할 경우에 전류(i1)과 전류(i2)의 값은 동일하다. 그래서, 전류(i2)에 대한 온도 변화율()을 구해보기로 한다.
......(1)
......(2)
상기 식(1)에서 n은 다이오우드의 갯수를 나타내고 전압(V2)은 저항들(Ri, Ra)에 걸리는 전압을 나타낸다.
상기 식(1)을 미분하면 아래의 식으로 나타내어진다.
......(3)
식(3)에서,으로 한다.
즉, 기준전압(Vref)는 온도 변화에 대하여 변동이 없는 것으로 한다.
따라서, 식(3)아래의 식(4)로 표현되어 진다.
......(4)
식(2)를 미분하면 아래의 식(5)로 표현되어 진다.
......(5)
상기 식(5)에를 대입하면 아래의 식(6)으로 표현되어 진다.
......(6)
따라서, 전류(i1)의 온도 변화율은 아래의 식(7)로 표현되어 진다.
......(7)
식(7)에서,,,는 정해진 값들이므로 이값들을 각각 상수 a, b, c로 표현하면 아래의 식(8)로 간단하게 표현된다.
......(8)
상기 식(8)로 부터 알 수 있듯이 전류(i2)의 온도 변화율은 다이오우드의 갯수, 저항들(Ri, Rb)의 값들을 조절함에 의해서 조절 가능하고, 전류(i2)의 변화에 따라 전류(i1)이 변화된다. 즉, 전류(i1)의 온도 변화율을 전류(is)의 온도 변화율과 같게하기 위하여 전류(i2)를 조절함에 의해서 가능하게 된다.
그리고, 전압(V1)은 궤환전압(Vfb)에 의해서 변화하는 전류(ifb)에 의해서 제어가능하다. 만일, 다이오우드(D)와 NPN트랜지스터(Q2)가 동일한 트랜지스터로 구성되었다고 하면, 전류(ifb)는로 나타내어지고, 전압(V1)은로 표현된다. 따라서, 전압(V1)의 값은 궤환전압(Vfb)에 의해서 제어가능하다.
결과적으로, 전류(i1)의 온도 변화율을 전류(is)의 온도 변화율과 같게하는 것은 다이오우드의 수 및 저항들(Ri, Ra)의 값을 조절함에 의해서 가능하고, 전압(V1)과 센스 전압(Vs)을 같도록 하는 것은 궤환 전압(Vfb)를 조절함에 의해서 가능한다.
따라서, 전류(i1)의 전류(is)의 온도 변화율과 같게 설계함으로써 전류(ids)의 최대 전류가 온도에 따라 변화하지 않도록 하여 전 동작 온도 범위에서 제어하고자 하는 최대 파워의 변동을 제거할 수 있다.
본 발명의 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로는 센스 트랜지스터를 사용하는 2칩 1패키지의 전류 제어시에 온도 변화에 대한 최대 전류의 온도 변화율을 최소로 제어할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기준전압과 접지전압 사이에 직렬 연결된 n개의 다이오우드들 및 제1 저항들, 상기 n개의 다이오우드들로 흐르는 전류를 미러하기 위한 트랜지스터, 상기 트랜지스터와 직렬 연결된 제2 저항, 상기 제2 저항에 걸리는 전압을 제어하기 위하여 상기 트랜지스터와 상기 제2 저항의 공통점에 연결된 궤환 전압수단, 상기 제2 저항에 걸린 전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 센스 전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 비교기, 상기 비교기의 출력신호를 입력하여 펄스폭을 변조하기 위한 펄스폭 변조 제어기, 전압에 연결된 일측을 가진 인덕터, 상기 펄스폭 변조 제어기의 출력신호가 인가되는 게이트 전극과 상기 인덕터의 타측에 연결된 드레인 전극과 접지전압에 연결된 소오스 전극과 공통 연결된 캘빈 전극과 센스 전극을 가진 센스 트랜지스터, 및 상기 센스 트랜지스터의 센스 전극과 접지전극사이에 연결되어 상시 센스 전압을 발생하는 센스 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류와 상기 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류의 온도 변화율을 같게하기 위하여 상기 n의 값 및 상기 제1 저항들의 값을 변화하는 것을 특징으로 하는 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1저항들의 온도계수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 궤환 전압수단은 궤환 전압과 접지전압 사이에 직렬 연결된 제3 저항과 제2 다이오우드, 및 상기 제3저항 및 제2 다이오우드의 공통점에 연결된 베이스와 접지전압에 연결된 에미터 및 상기 트랜지스터와 제2 저항의 공통점에 연결된 콜렉터를 가진 NPN트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 센스 트랜지스터를 이용한 전력제어회로.
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