KR101733778B1 - 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

스위칭 신호의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

제 1 스위치와 제 2 스위치를 서로 상보적으로 동작시키기 위한 스위칭 신호의 제어 장치에 있어서, 제 1 신호를 입력받아 제 1 스위치로 제 1 구동 신호를 출력하는 제 1 스위치 구동부; 제 2 신호를 입력받아 제 2 스위치로 제 2 구동 신호를 출력하는 제 2 스위치 구동부; 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호를 획득하여, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력하는 감지부; 및 감지 신호를 입력받아, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 1 스위치 구동부와 제 2 스위치 구동부 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력하는 제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치가 개시된다.

Description

스위칭 신호의 제어 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING SWITCHING SIGNAL}
본 발명은 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스위치의 온 및 오프 동작에 관여하는 스위칭 신호를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
MOSTET 등으로 이루어진 스위치의 온 및 오프 동작을 제어하기 위해 PWM(pulse width modulation) 신호가 이용된다. PWM 신호는 하이 레벨(high level)과 로우 레벨(low level)로 그 상태가 주기적으로 변화되는 신호로서, 스위치 소자의 문턱 전압을 초과하는 하이 레벨이 MOSFET의 게이트 단자로 입력되면 스위치가 온이 되고, 문턱 전압보다 작은 로우 레벨이 MOSFET의 게이트 단자로 입력되면 스위치가 오프되는 것으로 스위치 동작을 제어하게 된다. 이러한 PWM 신호의 주기 및 듀티비 등을 조절하여 스위치를 통해 전송되는 전력 신호의 크기와 전력 인가 시간 등을 조절할 수 있다.
도 1은 서로 상보적으로 동작하는 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)를 포함하는 회로를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 제 1 스위치(11)가 온 상태를 유지하고 있는 경우, 제 2 스위치(12)는 오프 상태를 유지하고 있어야 하며, 반대로, 제 1 스위치(11)가 오프 상태를 유지하고 있는 경우, 제 2 스위치(12)는 온 상태를 유지하고 있어야 한다. 도 1에 도시된 회로는 모터, 증폭기 등에 이용될 수 있다.
제 1 스위치(11)는 제 1 구동 신호에 따라 온/오프되고, 제 2 스위치(12)는 제 2 구동 신호에 따라 온/오프된다. 제 1 스위치 구동부(14)에는 제 1 신호가 입력되고, 제 2 스위치 구동부(15)에는 제 2 신호가 입력된다.
제 1 신호와 제 2 신호는 서로 상보적인 신호로서, 하나의 PWM 신호로부터 생성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 신호와 제 2 신호의 하이레벨 상태와 로우레벨 상태가 서로 상보적인 것을 알 수 있다.
일반적으로, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)의 구동 전압의 크기는 서로 상이하기 때문에, 제 1 신호와 제 2 신호 각각을 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)의 구동 전압에 맞추기 위한 제 1 스위치 구동부(14)와 제 2 스위치 구동부(15)가 요구된다.
제 1 스위치 구동부(14)와 제 2 스위치 구동부(15) 각각은 제 1 신호와 제 2 신호 각각을 증폭/시프팅(shifting)시켜, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 각각을 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)로 입력한다.
제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 온전하게 상보적으로 동작하기 위해서는, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 역시 온전하게 상보적으로 생성되어야 한다. 즉, 다시 말하면, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 동시에 오프되는 시간 간격을 데드 타임(dead time)이라 하는데, 일정 시간 이상의 데드 타임이 존재하는 것이 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 동시에 온이 되는 상황을 줄일 수 있다.
제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 동시에 온이 되면, 전원 소자(VDD)와 접지(13)가 쇼트되어 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 파손되는 등 회로의 동작에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 반대로 데드 타임이 너무 길어지면 고조파 신호 성분이 증가하여 신호 왜곡, 전송 전력 감소 및 효율 저하의 문제가 발생할 수도 있다.
제 1 신호와 제 2 신호가 하나의 PWM 신호로부터 온전하게 상보적으로 생성되었다 하더라도, 제 1 신호와 제 2 신호 각각이 서로 다른 특성을 갖는 제 1 스위치 구동부(14)와 제 2 스위치 구동부(15)에 입력된 경우, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 사이의 데드 타임이 없어질 수 있는 문제점이 발생한다. 예를 들어, 제 1 스위치 구동부(14)의 지연 특성이 제 2 스위치 구동부(15)의 지연 특성보다 긴 경우, 제 1 신호의 지연이 제 2 신호에 비해 많이 발생하게 되고, 이로 인해, 제 1 신호와 제 2 신호 사이에 존재하였던 데드 타임이 없어질 수 있는 문제점이 발생한다.
따라서, 서로 상보적으로 동작하여야 하는 두 개의 스위치(11, 12)를 제어하기 위한 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 사이의 데드 타임이 없어지더라도, 두 개의 스위치(11, 12)의 상보적인 온/오프 동작을 효과적으로 보장하는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법은 서로 상보적으로 동작하여야 하는 제 1 스위치와 제 2 스위치가 동시에 온이 되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법은 전체 시스템의 전력 소모에 영향을 주지 않으면서, 제 1 구동신호와 제 2 구동신호가 동시에 두 스위치(11, 12)를 온 상태로 구동하지 않도록 하는 간단한 구성의 회로로 스위치를 안전하게 동작시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치는,
제 1 스위치와 제 2 스위치를 서로 상보적으로 동작시키기 위한 스위칭 신호의 제어 장치에 있어서, 제 1 신호를 입력받아 상기 제 1 스위치로 제 1 구동 신호를 출력하는 제 1 스위치 구동부; 제 2 신호를 입력받아 상기 제 2 스위치로 제 2 구동 신호를 출력하는 제 2 스위치 구동부; 상기 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호를 획득하여, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력하는 감지부; 및 상기 감지 신호를 입력받아, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 상기 제 1 스위치 구동부와 상기 제 2 스위치 구동부 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력하는 제어 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제 1 스위치 구동부는, 상기 제 1 신호에 대해 증폭 및 시프팅(shifting) 중 적어도 하나를 수행하여 상기 제 1 구동 신호를 출력하고, 상기 제 2 스위치 구동부는, 상기 제 1 신호와 상보적인 레벨을 갖는 제 2 신호에 대해 증폭 및 시프팅 중 적어도 하나를 수행하여 상기 제 2 구동 신호를 출력할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 상기 제 1 레벨의 감지 신호를 출력하고, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호 중 적어도 하나가 제 1 레벨에 해당하지 않는 경우, 제 2 레벨의 감지 신호를 출력하는 기능부를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 제 1 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 1 감지 스위치; 상기 제 1 감지 스위치와 병렬로 연결되며, 상기 제 2 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 2 감지 스위치; 상기 제 1 감지 스위치와 상기 제 2 감지 스위치로 전류를 공급하는 제 1 전압원; 상기 제 1 감지 스위치와 상기 제 2 감지 스위치에 공통적으로 연결된 전류 결합부에 인가되는 전압의 크기와, 기준 전압의 크기를 비교하여, 비교 결과를 나타내는 전압을 출력하는 비교부; 및 상기 비교부로부터 출력되는 전압의 크기에 기초하여 상기 감지 신호를 출력하는 버퍼 기능부를 포함할 수 있다.
상기 비교부는, 상기 전류 결합부에 인가되는 전압을 인가받는 제 1 전류 제어부; 상기 제 1 전류 제어부와 병렬로 연결되며, 상기 기준 전압을 인가받는 제 2 전류 제어부; 상기 제 1 전류 제어부와 상기 제 2 전류 제어부로 전류를 공급하는 제 2 전압원; 상기 제 1 전류 제어부와 상기 제 2 전류 제어부에 공통적으로 연결된 정전류원을 포함하되, 상기 버퍼 기능부는, 상기 제 1 전류 제어부와 제 1 부하 사이에서 출력되는 전압 또는 상기 제 2 전류 제어부와 제 2 부하 사이에서 출력되는 전압을 인가받을 수 있다.
상기 제어 스위치는, 상기 감지 신호에 기초하여, 상기 제 1 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 1 스위치 구동부로 입력하는 제 1 멀티플렉서; 및 상기 감지 신호에 기초하여, 상기 제 2 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 2 스위치 구동부로 입력하는 제 2 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
상기 제어 스위치는, 상기 감지 신호에 기초하여, 제 1 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 1 스위치 구동부로 입력하는 제 1 AND 기능부; 및 상기 감지 신호에 기초하여, 제 2 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 2 스위치 구동부로 입력하는 제 2 AND 기능부를 포함할 수 있다.
상기 감지부의 동작 속도와 상기 제어 스위치의 동작 속도 각각과 그 합은, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 각각의 동작 속도보다 빠를 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 방법은,
제 1 스위치와 제 2 스위치를 서로 상보적으로 동작시키기 위한 제어 장치에 의한 스위칭 신호의 제어 방법에 있어서, 제 1 스위치 구동부로부터 상기 제 1 스위치로 입력되는 제 1 구동 신호와, 제 2 스위치 구동부로부터 상기 제 2 스위치로 입력되는 제 2 구동 신호를 획득하는 단계; 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력하는 단계; 및 상기 감지 신호를 입력받아, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 상기 제 1 스위치 구동부와 상기 제 2 스위치 구동부 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법은 서로 상보적으로 동작하여야 하는 제 1 스위치와 제 2 스위치가 동시에 온이 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법은 전체 시스템의 전력 소모에 영향을 주지 않으면서, 간단한 구성의 회로로 스위치를 안전하게 동작시킬 수 있다.
도 1은 서로 상보적으로 동작하는 제 1 스위치와 제 2 스위치를 포함하는 일반적인 회로를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치에 의해 생성되는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 파형을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 비교부를 상세하게 도시하는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서, 신호의 '제 1 레벨'은 하이레벨과 로우레벨 중 어느 하나의 상태를 의미하며, 신호의 '제 2 레벨'은 제 1 레벨과 반대되는 상태를 의미한다. 제 1 레벨과 제 2 레벨 각각은 소자마다 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 소자의 신호의 제 1 레벨이 3V이고, 제 2 레벨이 7V인 경우, 다른 소자의 신호의 제 1 레벨은 0V이고, 제 2 레벨은 4V일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치는 제 1 제어 스위치(260), 제 2 제어 스위치(270), 제 1 스위치 구동부(210), 제 2 스위치 구동부(220) 및 감지부(230)를 포함한다.
도 2는 제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270), 그리고 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220)를 각각 분리된 모듈로 도시하고 있지만, 이들이 하나 또는 그 이상의 모듈로 구성될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
먼저, 제 1 스위치 구동부(210)는 제 1 제어 스위치(260)로부터 전달되는 신호에 대해 증폭 및 시프팅 중 적어도 하나를 수행하여, 제 1 구동 신호를 제 1 스위치(11)로 출력하고, 제 2 스위치 구동부(220)는 제 2 제어 스위치(270)로부터 전달되는 신호에 대해 증폭 및 시프팅 중 적어도 하나를 수행하여, 제 2 구동 신호를 제 2 스위치(12)로 출력한다.
제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220) 각각에는 증폭 회로 및 시프팅 회로 중 적어도 하나가 포함될 수 있는데, 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220)에 포함될 수 있는 증폭 회로나 시프팅 회로는 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
감지부(230)는 제 1 스위치 구동부(210)로부터 출력되는 제 1 구동 신호와 제 2 스위치 구동부(220)로부터 출력되는 제 2 구동 신호를 획득하여, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 판단한다. 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 모두 n형 MOSFET으로 구현된 경우, 제 1 레벨은 하이레벨을 의미할 수 있으며, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 모두 p형 MOSFET으로 구현된 경우, 제 1 레벨은 로우레벨을 의미할 수 있다. 구현예에 따라서는, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12) 각각은 하나 이상의 n형 MOSFET과 하나 이상의 p형 MOSFET으로 구성될 수 있으며, 또는, 하나 이상의 BJT(Bipolar junction transistor)로 구성될 수도 있다. 이 때, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 제 1 레벨은 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)를 온 시키는 레벨을 의미한다.
제 1 레벨에 해당하는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)로 입력되는 경우, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)는 모두 온이 되기 때문에, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 모두 온이 되기 전에 감지부(230)가 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 상태를 판단하는 것이다.
감지부(230)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270) 각각으로 출력한다.
제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270)는 감지부(230)로부터 출력된 감지 신호를 입력받아, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 판단한다.
제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270) 각각으로 제 1 신호와 제 2 신호가 입력되는데, 제 1 제어 스위치(260)는 감지 신호에 기초하여 제 1 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호를 제 1 스위치 구동부(210)로 전달하고, 제 2 제어 스위치(270)는 감지 신호에 기초하여 제 2 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호를 제 2 스위치 구동부(220)로 전달한다. 구체적으로, 제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 2 레벨에 해당하는 신호를 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220)로 출력하여, 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220)에 의해 제 2 레벨에 해당하는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12) 각각으로 출력되도록 한다.
제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 각각은 감지부(230), 제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270), 및 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220)를 지나 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12) 각각으로 입력되므로, 감지부(230)의 동작 속도와 제 1 제어 스위치(260)의 동작 속도의 합은 제 1 스위치(11)의 동작 속도보다 빠르고, 감지부(230)의 동작 속도와 제 2 제어 스위치(270)의 동작 속도의 합은 제 2 스위치(12)의 동작 속도보다 빠르게 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치는 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12) 각각으로 입력되는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 상태를 감지하고, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨의 상태에 있을 때, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호를 제 2 레벨로 제어하므로, 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 모두 온이 되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치에 의해 생성되는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 파형을 도시하는 도면이다.
도 3의 상부에 도시된 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호와 같이, R 영역에서 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨 상태에 있는 경우, 감지부(230)는 도 3에 도시된 파형의 감지 신호를 출력할 수 있다. 즉, 감지부(230)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 있는 경우, 제 1 레벨에 해당하는 감지 신호를 출력하고, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 중 어느 하나의 신호가 제 2 레벨에 해당하는 경우에는 제 2 레벨에 해당하는 감지 신호를 출력할 수 있다. 감지부(230)가 출력하는 감지 신호의 레벨 상태는 감지부(230)의 구성 방법에 따라 달라질 수 있다.
도 3의 하부에 도시된 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호는 감지부(230)로부터 출력된 감지 신호에 따라 제어된 신호의 파형이며, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호의 R 영역이 데드 존으로 변경된 것을 확인할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 도 2에 도시된 감지부(230), 제 1 제어 스위치(260) 및 제 2 제어 스위치(270)의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 4 내지 도 6은 감지부(230), 제 1 제어 스위치(260) 및 제 2 제어 스위치(270)의 예시적인 구성을 도시하고 있으며, 감지부(230), 제 1 제어 스위치(260) 및 제 2 제어 스위치(270)는 동일한 기능을 수행하는 여러 방식의 회로로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 감지부(230)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 1 레벨의 감지 신호를 출력하고, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 중 적어도 하나가 제 1 레벨에 해당하지 않는 경우, 제 2 레벨의 감지 신호를 출력하는 기능부(430)로 구현될 수 있다.
기능부(430)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 1 레벨의 감지 신호를 출력한다. 기능부(430)는 AND 게이트 논리 소자의 역할을 하는 구성으로서, 하나 이상의 회로 소자로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 2의 제 1 제어 스위치(260)는 제 1 멀티플렉서(460)를 포함할 수 있고, 제 2 제어 스위치(270)는 제 2 멀티플렉서(470)를 포함할 수 있다.
제 1 멀티플렉서(460)는 감지 신호에 기초하여, 제 1 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호(예를 들어, 0V의 신호 또는 로우레벨 신호)를 선택적으로 제 1 스위치 구동부(210)로 출력하고, 제 2 멀티플렉서(470)는 감지 신호에 기초하여, 제 2 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호(예를 들어, 0V의 신호 또는 로우레벨 신호)를 선택적으로 제 2 스위치 구동부(220)로 출력한다.
제 1 멀티플렉서(460)와 제 2 멀티플렉서(470)는 감지 신호의 상태에 따라 두 개의 입력 중에서 어느 하나의 입력을 선택적으로 출력하는 2×1 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5를 보면, 감지부(530)는 제 1 감지 스위치(531), 제 2 감지 스위치(532), 제 1 전압원 및 비교부(540)를 포함할 수 있고, 도 2의 제 1 제어 스위치(260)와 제 2 제어 스위치(270) 각각은 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)를 포함할 수 있다.
제 1 감지 스위치(531)는 제 1 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되며, 제 1 구동 신호가 제 1 레벨에 해당하는 경우, 온이 될 수 있다.
제 2 감지 스위치(532)는 제 1 감지 스위치(531)와는 병렬로 연결되며, 제 2 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프된다. 제 2 구동 신호가 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 2 감지 스위치(532)는 온이 될 수 있다.
제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)는 제 1 스위치(11) 및 제 2 스위치(12)와 동일한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(11) 및 제 2 스위치(12)가 N형 MOSFET 또는 BJT로 구현되는 경우, 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)도 N형 MOSFET 또는 BJT로 구현될 수 있다. 또는, 제 1 스위치(11) 및 제 2 스위치(12)가 하나 이상의 N형 MOSFET과 하나 이상의 P형 MOSFET으로 구현되는 경우, 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)도 하나 이상의 N형 MOSFET과 하나 이상의 P형 MOSFET으로 구현될 수 있다.
제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)를 구성하는 소자의 크기를 감소시킴으로써, 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)의 동작 속도를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)는 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)가 동작하기 전에 동작할 수 있다.
제 1 전압원은 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)로 전류를 공급한다. 제 1 감지 스위치(531)가 온이 되는 경우, 제 1 전압원에 의해 제 1 감지 스위치(531)로 전류가 흐를 수 있고, 제 2 감지 스위치(532)가 온이 되는 경우, 제 1 전압원에 의해 제 2 감지 스위치(532)로 전류가 흐를 수 있다.
비교부(540)는 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)에 공통적으로 연결된 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)의 크기와, 기준 전압(VRef)을 비교하여 비교 결과를 나타내는 전압을 버퍼 기능부(550)에 인가한다. 전류 결합부(533)는 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)를 통해 흐르는 전류에 의해 전압을 인가받는 소자로서, 예를 들어, 저항, 다이오드 등의 다양한 종류의 하나 이상의 소자로 구성될 수 있다.
제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)가 모두 온이 되는 경우, 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)의 크기는 최대가 될 것이고, 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)가 모두 오프되는 경우, 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)의 크기는 최소가 될 것이다.
기준 전압(VRef)은 제 1 감지 스위치(531)와 제 2 감지 스위치(532)가 모두 온이 되는 경우에 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)보다 작게 설정되고, 제 1 감지 스위치(531) 및 제 2 감지 스위치(532) 중 어느 하나의 스위치만 온이 되는 경우에 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)보다 크게 설정될 수 있다.
버퍼 기능부(550)는 비교부(540)로부터 출력되는 전압에 기초하여 감지 신호를 출력한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 버퍼 기능부(550)는 인버터로 구현될 수 있다. 인버터는 비교부(540)에 의해 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 크면, 제 2 레벨의 감지 신호를 출력하고, 비교부(540)에 의해 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 작으면, 제 1 레벨의 신호를 출력한다. 버퍼 기능부(550)를 하나의 인버터로 구성함으로써, 회로를 보다 간단히 구현할 수 있다.
구현예에 따라서는, 버퍼 기능부(550)는 버퍼만으로 구성될 수도 있다. 이때, 버퍼는 비교부(540)에 의해 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 크면, 제 1 레벨의 감지 신호를 출력하고, 비교부(540)에 의해 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 작으면, 제 2 레벨의 신호를 출력할 것이다. 이 경우, 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)의 동작을 위해서, 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570) 각각의 입력단에는 NOT 기능부(미도시)가 연결될 수 있다.
제 1 AND 기능부(560)는 버퍼 기능부(550)에 의해 출력되는 감지 신호에 기초하여, 제 1 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 제 1 스위치 구동부(210)로 출력하고, 제 2 AND 기능부(570)는 감지 신호에 기초하여, 제 2 신호 또는 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 제 2 스위치 구동부(220)로 출력한다.
제 1 AND 기능부(560)는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 하이레벨 상태에 있을 때, 로우레벨의 감지 신호가 입력되면, 로우레벨의 신호를 제 1 스위치 구동부(210)로 출력하고, 제 2 AND 기능부(570)는 로우레벨의 감지 신호가 입력되면, 로우레벨의 신호를 제 2 스위치 구동부(220)로 출력한다.
제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)는 AND 게이트 소자 자체로 구성될 수 있고, 기타 AND 게이트의 기능을 수행하기 위해 서로 연결된 다수의 소자들로 구성될 수도 있다.
도 6은 도 5에 도시된 비교부(540)를 상세하게 도시하는 예시적인 도면이다.
도 6을 보면, 비교부(540)는 제 1 전류 제어부(541), 제 2 전류 제어부(542), 제 2 전압원, 정전류원(543)을 포함할 수 있다.
제 1 전류 제어부(541)는 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc)을 인가받고, 제 2 전류 제어부(542)는 제 1 전류 제어부(541)와 병렬로 연결되어, 기준 전압(VRef)을 인가받는다. 제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542) 각각은 전류 결합부(533)에 인가되는 전압(Vc) 및 기준 전압(VRef)에 따라 항상 온 상태를 유지할 수 있다.
제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)를 구성하는 소자의 크기를 감소시킴으로써, 제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)의 동작 속도를 제 1 스위치(11)와 제 2 스위치(12)보다 빠르게 구성할 수 있다.
제 2 전압원은 제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)로 전류를 공급한다.
제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)에는 공통적으로 정전류원(543)이 연결된다. 정전류원(543)에 의해, 제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 총 전류량은 정전류량과 동일하나, 제 1 전류 제어부(541)를 통해 흐르는 전류량과 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류량은 제 1 전류 제어부(541)에 인가되는 전압(Vc)에 따라 조절될 수 있다. 구체적으로, 제 1 전류 제어부(541)에 인가되는 전압(Vc)이 기준 전압(VRef)보다 크면, 제 1 전류 제어부(541)를 통해 흐르는 전류량이 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류량보다 크며, 제 1 전류 제어부(541)에 인가되는 전압(Vc)이 기준 전압(VRef)보다 작으면, 제 1 전류 제어부(541)를 통해 흐르는 전류량이 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류량보다 작다.
버퍼 기능부(546)는 제 1 전류 제어부(541)와 제 1 부하(544) 사이에서 출력되는 전압 또는 상기 제 2 전류 제어부(542)와 제 2 부하(545) 사이에서 출력되는 전압을 인가받아 감지 신호를 출력한다.
도 6은 버퍼 기능부(546)가 제 2 전류 제어부(542)와 제 2 부하(545) 사이에서 출력되는 전압을 인가받는 것으로 도시하고 있는데, 버퍼 기능부(546)가 제 1 전류 제어부(541)와 제 1 부하(544) 사이에서 출력되는 전압을 인가받는 것으로 구성하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 제 1 전류 제어부(541)와 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류의 총합은 정전류원(543)의 크기와 동일하여야 하므로, 제 1 전류 제어부(541)에 인가되는 전압(Vc)의 크기가 기준 전압(VRef)보다 큰 경우, 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류량이 제 1 전류 제어부(541)를 통해 흐르는 전류량보다 작아지게 되어 제 2 부하(545)에 의해 강하되는 전압의 크기가 제 1 부하(544)에 의해 강하되는 전압의 크기보다 작아지게 되고, 이에 따라, 제 2 전류 제어부(542)와 제 2 부하(545) 사이에서 출력되는 전압의 크기는 제 1 전류 제어부(541)와 제 1 부하(544) 사이에서 출력되는 전압의 크기보다 커지게 된다.
반대로, 제 1 전류 제어부(541)에 인가되는 전압(Vc)의 크기가 기준 전압(VRef)보다 작은 경우, 제 2 전류 제어부(542)를 통해 흐르는 전류량이 제 1 전류 제어부(541)를 통해 흐르는 전류량보다 커지게 되어 제 2 부하(545)에 의해 강하되는 전압의 크기가 제 1 부하(544)에 의해 강하되는 전압의 크기보다 커지게 되고, 이에 따라, 제 2 전류 제어부(542)와 제 2 부하(545) 사이에서 출력되는 전압의 크기는 제 1 전류 제어부(541)와 제 1 부하(544) 사이에서 출력되는 전압의 크기보다 작아지게 된다.
버퍼 기능부(546)는 버퍼 기능부(546)에 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 크면 제 2 레벨에 해당하는 감지 신호를 출력하고, 버퍼 기능부(546)에 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 값보다 작으면 제 1 레벨에 해당하는 감지 신호를 출력한다.
다시 말하면, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하여, Vc가 최대 값이 되면, 버퍼 기능부(546)에 인가되는 전압의 크기는 최대가 되고, 이 때, 버퍼 기능부(546)는 제 2 레벨에 해당하는 감지 신호를 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)로 출력한다. 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호 중 어느 하나의 신호가 제 2 레벨에 해당하는 경우, 버퍼 기능부(546)는 제 1 레벨에 해당하는 감지 신호를 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)로 출력한다.
한편, 도 4와 도 5에 도시된 각각의 구성들은 서로 간에 치환될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 제 1 멀티플렉서(460)와 제 2 멀티플렉서(470)가 도 5의 제 1 AND 기능부(560)와 제 2 AND 기능부(570)를 대체할 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 또한, 도 4에 도시된 기능부(430)가 도 5의 감지부(530)를 대체하는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 방법을 도시하는 순서도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호의 제어 방법은 도 2에 도시된 스위칭 신호의 제어 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 스위칭 신호의 제어 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 7의 스위칭 신호의 제어 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
S710 단계에서, 제어 장치는 제 1 스위치 구동부(210)로부터 제 1 스위치(11)로 입력되는 제 1 구동 신호와, 제 2 스위치 구동부(220)로부터 제 2 스위치(12)로 입력되는 제 2 구동 신호를 획득한다.
S720 단계에서, 제어 장치는 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력한다.
S730 단계에서, 제어 장치는 감지 신호를 입력받아, 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 제 1 스위치 구동부(210)와 제 2 스위치 구동부(220) 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
210: 제 1 스위치 구동부
220: 제 2 스위치 구동부
230: 감지부
260: 제 1 제어 스위치
270: 제 2 제어 스위치

Claims (9)

  1. 제 1 스위치와 제 2 스위치를 서로 상보적으로 동작시키기 위한 스위칭 신호의 제어 장치에 있어서,
    제 1 신호를 입력받아 상기 제 1 스위치로 제 1 구동 신호를 출력하는 제 1 스위치 구동부;
    제 2 신호를 입력받아 상기 제 2 스위치로 제 2 구동 신호를 출력하는 제 2 스위치 구동부;
    상기 제 1 구동 신호와 제 2 구동 신호를 획득하여, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력하는 감지부; 및
    상기 감지 신호를 입력받아, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 상기 제 1 스위치 구동부와 상기 제 2 스위치 구동부 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력하는 제어 스위치를 포함하고,
    상기 감지부는,
    상기 제 1 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 1 감지 스위치;
    상기 제 1 감지 스위치와 병렬로 연결되며, 상기 제 2 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 2 감지 스위치;
    상기 제 1 감지 스위치와 상기 제 2 감지 스위치로 전류를 공급하는 제 1 전압원;
    상기 제 1 감지 스위치와 상기 제 2 감지 스위치에 공통적으로 연결된 전류 결합부에 인가되는 전압의 크기와, 기준 전압의 크기를 비교하여, 비교 결과를 나타내는 전압을 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부로부터 출력되는 전압의 크기에 기초하여 상기 감지 신호를 출력하는 버퍼 기능부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 구동부는,
    상기 제 1 신호에 대해 증폭 및 시프팅(shifting) 중 적어도 하나를 수행하여 상기 제 1 구동 신호를 출력하고,
    상기 제 2 스위치 구동부는,
    상기 제 1 신호와 상보적인 레벨을 갖는 제 2 신호에 대해 증폭 및 시프팅 중 적어도 하나를 수행하여 상기 제 2 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 전류 결합부에 인가되는 전압을 인가받는 제 1 전류 제어부;
    상기 제 1 전류 제어부와 병렬로 연결되며, 상기 기준 전압을 인가받는 제 2 전류 제어부;
    상기 제 1 전류 제어부와 상기 제 2 전류 제어부로 전류를 공급하는 제 2 전압원;
    상기 제 1 전류 제어부와 상기 제 2 전류 제어부에 공통적으로 연결된 정전류원을 포함하되,
    상기 버퍼 기능부는,
    상기 제 1 전류 제어부와 제 1 부하 사이에서 출력되는 전압 또는 상기 제 2 전류 제어부와 제 2 부하 사이에서 출력되는 전압을 인가받는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스위치는,
    상기 감지 신호에 기초하여, 상기 제 1 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 1 스위치 구동부로 입력하는 제 1 멀티플렉서; 및
    상기 감지 신호에 기초하여, 상기 제 2 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 2 스위치 구동부로 입력하는 제 2 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스위치는,
    상기 감지 신호에 기초하여, 제 1 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 1 스위치 구동부로 입력하는 제 1 AND 기능부; 및
    상기 감지 신호에 기초하여, 제 2 신호 또는 상기 제 2 레벨에 해당하는 신호를 선택적으로 상기 제 2 스위치 구동부로 입력하는 제 2 AND 기능부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감지부의 동작 속도와 상기 제어 스위치의 동작 속도의 합은,
    상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 각각의 동작 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 장치.
  9. 제 1 스위치와 제 2 스위치를 서로 상보적으로 동작시키기 위한 제어 장치에 의한 스위칭 신호의 제어 방법에 있어서,
    제 1 스위치 구동부로부터 상기 제 1 스위치로 입력되는 제 1 구동 신호와, 제 2 스위치 구동부로부터 상기 제 2 스위치로 입력되는 제 2 구동 신호를 획득하는 단계;
    상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는지를 나타내는 감지 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 감지 신호를 입력받아, 상기 제 1 구동 신호와 상기 제 2 구동 신호가 모두 제 1 레벨에 해당하는 경우, 상기 제 1 스위치 구동부와 상기 제 2 스위치 구동부 각각으로 제 2 레벨에 해당하는 신호를 입력하는 단계를 포함하되,
    상기 감지 신호를 출력하는 단계는,
    제 1 전압원이, 상기 제 1 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 1 감지 스위치, 및 상기 제 1 감지 스위치와 병렬로 연결되며, 상기 제 2 구동 신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되는 제 2 감지 스위치로 전류를 공급하고,
    비교부는, 상기 제 1 감지 스위치와 상기 제 2 감지 스위치에 공통적으로 연결된 전류 결합부에 인가되는 전압의 크기와, 기준 전압의 크기를 비교하여, 비교 결과를 나타내는 전압을 출력하고,
    버퍼 기능부는, 상기 출력되는 전압의 크기에 기초하여 상기 감지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 신호의 제어 방법.
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