KR101396664B1 - 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법 - Google Patents

동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로는 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성하는 전원 생성부; 전원 생성부에 의해 생성된 기준전압과 바이어스 전류를 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성하는 구동부; 및 구동부에 의해 구동되어 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 감지하여 부하의 상태를 판별하고, 부하의 상태가 경부하 상태일 경우에는 대응하는 신호를 발생하여 동기 정류기의 스위치를 오프시키도록 하는 부하 감지부를 포함하되, 부하 감지부는 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터(feedback regulator)를 이용하여 동기 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출할 수 있다.

Description

동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법{Blanking control circuit for controlling synchronous rectifier and method for controlling synchronous rectifier using the circuit}
본 발명은 동기 정류기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링하여 부하의 상태를 판별하고, 판별 결과에 따라 동기 정류기의 스위치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킴으로써 정류기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 동기 정류기 제어용 블랭킹(blanking) 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 컨버터(converter)에서 효율을 극대화하기 위해서 정류 다이오드 대신에 모스펫(MOSFET) 스위치를 이용하여 전도 손실(conduction loss)을 최소화한다. 하지만 부하(load) 전류가 일정 수준 이하가 되면 전도 손실보다 모스펫 스위치를 구동하기 위한 전력 손실(power loss)이 커지는 문제가 발생한다.
종래의 동기 정류기(Synchronous Rectifier: SR)의 제어방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 부하가 줄어들면 동기 정류기의 트랜스포머의 1차측 스위치(1st Gate)의 듀티(duty)가 감소하게 된다. 따라서 동기 정류기의 트랜스포머의 2차측에 흐르는 전류가 감소하게 되고 동기 정류기 제어부(SR Gate)의 듀티 또한 감소하게 된다.
만약 듀티가 일정 수준 이하로 감소하게 되면, 동기 정류기 제어부는 그 상태를 저부하(Low Load)로 인식하고 SR 모스펫의 게이트(Gate)를 오프한다. 그러면 전류는 모스펫의 바디 다이오드(body diode)로 흐르게 되어 전도 손실(conduction loss)은 증가하게 되지만, 게이트 스위칭을 하지 않음에 따라 스위칭 손실을 줄일 수 있다. 즉, 종래의 방식은 부하에 따라 SR 게이트의 듀티가 변하는 것을 이용하여 일정 수준 이하의 듀티가 되면 강제로 SR 게이트를 오프하여 스위칭 손실을 줄이는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 방식은 듀티가 일정 수준 이하로 감소하면 부하의 상태를 "Low Load"로 인식하고 SR 모스펫의 게이트를 강제로 오프시키는 방식이므로, 만약 부하가 줄어든 상태가 아닌데도 듀티가 어떤 원인에 의해 일정 수준 이하로 감소하면 SR 모스펫의 게이트를 강제로 오프시킴으로써 곤란한 상황(예를 들면, 갑자기 조명이 꺼지거나 모터가 정지함)이 발생할 수 있다.
또한, 실제로 부하가 줄어들었지만 듀티가 어떤 원인에 의해 감소하지 않음에 따라 SR 게이트의 스위칭 손실(즉, 모스펫 스위치를 구동하기 위한 전력 손실)이 계속 발생하게 되는 문제가 있다.
미국 공개특허공보 2009-0213628 한국 공개특허공보 2007-0102595
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링하여 부하의 상태를 판별하고, 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off)함으로써 정류기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로 및 그를 이용한 동기 정류기의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로는,
외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성하는 전원 생성부;
상기 전원 생성부에 의해 생성된 기준전압과 바이어스 전류를 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성하는 구동부; 및
상기 구동부에 의해 구동되어 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 감지하여 부하의 상태를 판별하고, 부하의 상태가 경부하 상태일 경우에는 대응하는 신호를 발생하여 동기 정류기의 스위치를 오프시키도록 하는 부하 감지부;를 포함하되,
상기 부하 감지부는 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터(feedback regulator)를 이용하여 동기 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 부하 감지부는 부하의 상태가 일정 수준 이하가 되면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생하도록 구성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 SMPS에서의 1차측 스위치의 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 전압 검출부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 검출부는 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별할 수 있다.
또한, 부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프하도록 함으로써 동기 정류기를 보호하는 보호 회로부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법은,
전원 생성부, 구동부, 부하 감지부 및 전압 검출부를 포함하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용하여 동기 정류기를 제어하는 방법으로서,
상기 전원 생성부에 의해 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성하는 단계;
상기 바이어스 전류를 구동부에 의해 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성하는 단계;
상기 구동 전압을 인가받아 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 상기 부하 감지부에 의해 감지하여 부하의 상태를 판별하는 단계; 및
상기 판별 결과, 부하가 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off)시키는 단계;를 포함하되,
상기 부하 감지부에 의해 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터 (feedback regulator)를 이용하여 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하는 점에서 그 특징이 있다.
삭제
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삭제
삭제
삭제
여기서, 상기 부하 감지부는 부하의 상태가 일정 수준 이하가 되면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생할 수 있다.
또한, 상기 전압 검출부에 의해 SMPS에서의 1차측 스위치 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 검출부에 의해 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별할 수 있다.
또한, 상기 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로에 과전압이나 고온을 감지하는 보호 회로부를 더 포함시키고, 그 보호 회로부에 의해 부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프시킴으로써 동기 정류기를 보호하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링하여 부하의 상태를 판별하고, 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off)시킴으로써 정류기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 동기 정류기의 제어방식을 도식적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 블랭킹 제어회로가 채용된 동기 정류기의 내부 회로 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 블랭킹 제어회로의 동작을 도식적으로 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 블랭킹 제어회로가 채용된 동기 정류기의 내부 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로(200)는 전원 생성부(210), 구동부(220), 부하 감지부(230)를 포함하여 구성된다.
상기 전원 생성부(210)는 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성한다.
상기 구동부(220)는 상기 전원 생성부(210)에 의해 생성된 기준전압과 바이어스 전류를 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성한다.
상기 부하 감지부(230)는 상기 구동부(220)에 의해 구동되어 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 감지하여 부하의 상태를 판별하고, 부하의 상태가 경부하 상태일 경우에는 대응하는 신호를 발생하여 동기 정류기의 스위치를 오프시키도록 한다.
여기서, 상기 부하 감지부(230)는 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터(feedback regulator)를 이용하여 동기 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하고, 부하의 상태가 일정 수준 이하가 되면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생하도록 구성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 SMPS(미도시)에서의 1차측 스위치의 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 전압 검출부(240)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 검출부(240)는 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별할 수 있다.
또한, 부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프하도록 함으로써 동기 정류기를 보호하는 보호 회로부(250)를 더 포함할 수 있다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법에 대하여 간략히 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법은, 전술한 바와 같은 전원 생성부(210), 구동부(220), 부하 감지부(230) 및 전압 검출부(240);를 포함하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용하여 동기 정류기를 제어하는 방법으로서, 먼저 상기 전원 생성부(210)에 의해 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성한다(단계 S401).
이에 따라, 상기 구동부(240)는 상기 바이어스 전류를 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성한다(단계 S402).
이후, 상기 구동 전압을 인가받아 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 상기 부하 감지부(230)에 의해 감지하여 부하의 상태를 판별한다(단계 S403). 이때, 상기 부하 감지부(230)에 의해 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터(feedback regulator)를 이용하여 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하고, 부하의 상태가 일정 수준 이하가 되면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생할 수 있다.
상기 단계 S403의 판별 결과, 부하가 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off)시킨다(단계 S404).
여기서, 상기 단계 S403과 관련하여 부연 설명을 해보기로 한다.
본 발명의 방법은 동기 정류기의 IC 내에 있는 피드백 레귤레이터를 이용하여 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링하여 부하가 중부하(heavy load) 상태인지 경부하(low load) 상태인지를 판별하게 된다. 즉, 중부하 상태일 때는 동기 정류기의 IC 내에 있는 피드백 레귤레이터(feedback regulator)의 출력 전압이 낮아지고, 반대로 경부하(low load) 상태에서는 피드백 레귤레이터의 출력 전압이 높아지는 것을 이용하여 부하의 상태를 파악하게 된다. 만약 피드백 레귤레이터의 출력 전압이 일정 수준 이상의 값으로 상승하게 되면, 그때의 부하의 상태를 경부하(low load) 상태로 인식하게 되고, 동기 정류기의 스위치의 게이트(SR Gate)를 오프하여 스위칭 손실을 줄인다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 블랭킹 제어회로의 동작을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터를 이용하여 부하(Load) 상태를 검출하여, 부하의 상태가 일정 수준 이하(즉, 피드백 레귤레이터의 출력 전압이 일정 수준 이상)가 되면, 블랭킹 제어 신호를 발생하고 동기 정류기 제어 시스템을 오프하여 게이트 제어 파형을 오프한다.
이상과 같이 본 발명의 방법은 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링(감지)하여 부하의 상태를 판별하고, 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off) 제어함으로써 동기 정류기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 본 발명의 제어방법은 상기 전압 검출부에 의해 SMPS에서의 1차측 스위치 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 검출부(220)에 의해 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어방법은 상기 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로에 과전압이나 고온을 감지하는 보호 회로부(250)를 더 포함시키고, 그 보호 회로부 (250)에 의해 부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프시킴으로써 동기 정류기를 보호하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용한 동기 정류기의 제어방법은, 종래와 같이 듀티의 변화에 따라 부하의 고저를 판단하여 동기 정류기의 스위치를 제어하는 방식이 아니라, 동기 정류기의 출력 전압을 직접 모니터링하여 부하의 상태를 판별하고, 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off) 제어함으로써 정류기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210...전원 생성부 220...구동부
230...부하 감지부 240...전압 검출부
250...보호 회로부

Claims (10)

  1. 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성하는 전원 생성부;
    상기 전원 생성부에 의해 생성된 기준전압과 바이어스 전류를 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성하는 구동부; 및
    상기 구동부에 의해 구동되어 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 감지하여 부하의 상태를 판별하고, 부하의 상태가 경부하 상태일 경우에는 대응하는 신호를 발생하여 동기 정류기의 스위치를 오프시키도록 하는 부하 감지부;를 포함하되,
    상기 부하 감지부는 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터(feedback regulator)를 이용하여 동기 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하 감지부는 부하의 상태가 일정 수준 이하가 되면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생하도록 구성된 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로.
  3. 제1항에 있어서,
    SMPS에서의 1차측 스위치의 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 전압 검출부를 더 포함하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압 검출부는 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로.
  5. 제1항에 있어서,
    부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프하도록 함으로써 동기 정류기를 보호하는 보호 회로부를 더 포함하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로.
  6. 전원 생성부, 구동부, 부하 감지부 및 전압 검출부를 포함하는 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로를 이용하여 동기 정류기를 제어하는 방법으로서,
    상기 전원 생성부에 의해 외부로부터의 전원을 공급받아 집적회로(IC) 내부에서 사용하는 기준 전압과 바이어스 전류를 생성하는 단계;
    상기 바이어스 전류를 구동부에 의해 인가받아 동기 정류기의 스위치를 구동하기 위한 전압을 생성하는 단계;
    상기 구동 전압을 인가받아 동작중인 동기 정류기의 출력 전압을 상기 부하 감지부에 의해 감지하여 부하의 상태를 판별하는 단계; 및
    상기 판별 결과, 부하가 경부하(low load) 상태일 경우 동기 정류기의 스위치를 오프(off)시키는 단계;를 포함하되,
    상기 부하 감지부에 의해 동기 정류기의 IC 내부의 피드백 레귤레이터 (feedback regulator)를 이용하여 정류기의 출력 전압을 피드백받아 부하의 상태를 검출하는 동기 정류기의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하 감지부는 부하의 상태가 일정 수준 이하가 인 것으로 감지하면 블랭킹(blanking) 제어신호를 발생하는 동기 정류기의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전압 검출부에 의해 SMPS에서의 1차측 스위치 상태를 알기 위해 동기 정류기의 스위치의 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 단계를 더 포함하는 동기 정류기의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전압 검출부에 의해 동기 정류기의 스위치의 부(negative) 전압을 측정하여 게이트의 온/오프 상태를 판별하는 동기 정류기의 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 동기 정류기 제어용 블랭킹 제어회로에 과전압이나 고온을 감지하는 보호 회로부를 더 포함시키고, 그 보호 회로부에 의해 부하에 걸리는 과전압이나 집적회로(IC)의 고온을 감지하여 상기 스위치를 오프시킴으로써 동기 정류기를 보호하는 단계를 더 포함하는 동기 정류기의 제어방법.
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