KR20010080504A - 전원 장치 및 상기 전원 장치를 갖춘 스위칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파워 중간 저장 유닛(C_Z; L_Z), 파워 메인 저장 유닛(C) 및 스위칭 장치(S)를 포함하는 전원 장치에 관한 것으로,

스위칭 장치(S)는 적어도 2가지 스위칭 상태를 가지며,

파워 중간 저장 유닛(CZ; L)은 제 1 스위칭 상태에서는 전원 입력부(E)에 연결되고, 제 2 스위칭 상태에서는 파워 메인 저장 유닛(C)와 접속되며,

상기 파워 메인 저장 유닛(C)은 제 2 스위칭 상태에서 전원 출력부(A)와 연결된다.

Description

전원 장치 및 상기 전원 장치를 갖춘 스위칭 장치 {POWER SUPPLY DEVICE AND SWITCHING ARRANGEMENT WITH SAID POWER SUPPLY DEVICE}

데이터 처리 회로에 안전한 전원 장치를 제공할 필요성이 증가하고 있다. 따라서 이와 같은 필요성은, 데이터 처리 회로가 작동되어도 좋은지 또는 작동되어서는 안되는지의 여부를 체크할 필연성을 증가시킨다. 이와 관련하여 작동이 허용되는지 허용되지 않는지 여부에 대한 식별 또는 인증 및 체크에 상응하게 상기와 같은 조치들을 피하고자 하는 시도가 강구되었다. 연산 또는 데이터 처리 장치내의 데이터에 대한 접근을 허용하지 않을 수 있는 가능성은, 허용되는 작동 동안에 이루어지는 데이터 처리 장치의 전력 소비 변동을 검출할 수 있는 가능성을 의미한다. 상기 변동으로부터 추후에 소정 과정 및 데이터에 대한 액세스가 이루어지는데, 이 액세스는 명백하게 허용되지 않는 것이다.

본 발명은 전원 장치 및 상기 전원 장치를 갖춘 스위칭 장치에 관한 것이다.

본 발명은 도면을 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예이며,

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 개선예이고,

도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 실시예의 추가 형성예이며,

도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예이다.

본 발명의 목적은, 전력 소비의 모니터링으로부터 데이터 처리 장치내에서의 과정 및 데이터를 추론할 수 없는, 데이터 처리 장치를 갖춘 스위칭 장치 및 전원 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 청구항 1 및 청구항 6에 기술된 조치에 의해서 달성된다. 충전된 에너지 중간 저장 유닛이 전원 입력부로부터 해체되고 에너지 메인 저장 유닛으로 재충전됨으로써, 전원 입력부에서 관찰될 전력 소비는 전원 출력부에서 관찰되고 데이터 처리 장치에 의해서 야기되는 전력 소비의 순시값과 무관하다.

본 발명의 바람직한 추가 실시예는 종속항에서 기술된다.

제안된 조치들은 마찬가지로 전원 출력부 및 데이터 처리 장치에서의 전력 소비의 순시값을 억제하기 위해서 이용된다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예를 보여준다. 상기 도면에는, 스위치(S)가 제 1 스위칭 상태(Z1)를 취하는 경우에 상기 스위치(S)에 제공되는 전압(U)이 입력부(E)에 인가되는 것이 도시되어 있다. 또한 상기 스위칭 상태에서는 전압이 커패시터(CZ)에 제공된다. 이 경우 커패시터(CZ)는 입력부(E)에 인가되는 전압(U)의 값으로 충전된다. 스위치(S)가 제 2 상태(Z2)를 취하면, 커패시터(CZ)는 더이상 입력부(E)와 연결되지 않고, 오히려 재차 커패시터(CZ)에 의해서 충전되는 커패시터(C)와 연결된다. 출력부(A)에는 상기 커패시터(C)에 인가되는 전압(UV)이 인가되며, 상기 전압은 마찬가지로 노드(A)에 연결된 데이터 처리 장치(1)용 공급 전압으로서 이용된다. 상기 데이터 처리 장치(1)의 작동에 의해 재차 에너지가 소비됨으로써, 결과적으로 커패시터(C)는 방전된다. 따라서 스위치(S)는 재차 제 1 상태(Z1)로 역으로 교체될 수밖에 없게 되고, 그 결과 커패시터(CZ)는 새롭게 충전되어 스위치(S)가 재차 제 2 상태(Z2)로 역교체된 후에 커패시터(C)를 새롭게 충전시킨다.

데이터 처리 장치(1)는 재차 클럭 속도(T)로 작동되어야 한다. 커패시터(C)를 계속해서 새롭게 충전시키기 위해 사용되는 전환 주파수가 2배의 클럭 속도(T) 보다 작으면, 커패시터(CZ)를 충전시키는 충전 전류로부터는, 커패시터(C)로 구성된 데이터 처리 장치(1)를 작동시키는 전류를 역으로 추론할 수 없게 된다.

단순한 저역 패스 필터에서는 고주파가 증발되기 때문에 기능에 대한 역추론이 어려워지지만, 상응하는 증폭에 의해서 실제 전류 파형이 재차 시각화될 수 있다.

주사 필터의 형성은, 회로의 이중 클럭 주파수 아래 있는 전환 주파수(주사 주파수)로써 주사 이론을 의도적으로 침해하여 원래의 전류 파형을 재구성하는 것을 훨씬 더 어렵게 할 수 있다. 전환 주파수가 클럭 주파수에 비례하여 낮아지면 낮아질수록 원하는 위조는 그만큼 더 강해진다.

전환 주파수의 시간적인 변동에 의해서 재구성은 더욱 어려워질 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 개선예를 보여준다. 본 개선예에서 동일한 또는 비교 가능한 소자들은 동일한 도면 부호로 도시하였다. 상기 개선예에서는 N을 의미하는 다수의 커패시터(Z1 내지 ZN)가 제공되며, 상기 커패시터는 개별 스위치(S1 내지 SN)를 통해서 전압 입력부로부터 출력되는 전압(U)으로 충전된다. 그 이후에는 나중에 차례로 커패시터(C)에 병렬 접속하기 위해서 커패시터들이 동시에 입력 전압(U)으로 충전된다. 그럼으로써, 입력부(E)로 더이상 정보가 전달되지 않으면서도 커패시터(C)에서의 전압 리플은 감소된다. 추가의 가능성은, 커패시터(CZ1 내지 CZN)를 연속적인 더 복잡한 순서로 입력부(E) 및 커패시터(C)와 연결시키는 것이다. 2가지 경우에는 입력 전압으로부터 인출되는 충전 전류의 균일화 또는 평활화가 이루어진다. 또한 2가지 경우에는, 데이터 처리 장치(1)를 위해서 제공된 장치가 전압 조절기로 작동될 수도 있다. 상기 경우에는 전환 클럭 속도(T)가 전류 소비에 따라서, 즉 공급 전압(UV)에 따라서 조절된다.

도 3에는 도 1에 도시된 실시예의 추가 개선예가 도시되어 있다. 본 개선예에서는 스위치(S)가 제 3 상태(Z3)를 취한다. 또한 커패시터(C) 및 데이터 처리 장치(1)에 병렬로 병렬 전압 조절기(2)가 제공된다. 도 3에 도시된 장치의 동작과 도 1에 도시된 장치의 동작상의 차이점은, 커패시터(CZ)에 저장된 전하가 커패시터(C)로 재충전된 후에는 스위치(S)가 제 3의 스위칭 상태(Z3)를 취한다는 사실이다. 상기 상태에서는 커패시터가 방전 장치(3)에 병렬 접속된다. 상기 방전 장치(3)는 이후에 커패시터(CZ)를 예정된 값으로 방전시킨다. 그 다음에 스위치(S)가 재차 제 1 상태(Z1)로 전환됨으로써, 커패시터(CZ)가 입력부(E)와 접속되고, 그 결과 커패시터는 입력 전압(U)으로 재차 충전된다. 이와 같은 방식으로 커패시터(CZ)가 새로운 충전 전에 예정된 값을 가짐으로써, 상기 커패시터는 항상 입력 전압(U)으로부터 출력되는 동일한 충전 전류로 충전된다.

추가적으로는, 랜덤 발생기를 이용하여 예정 전압의 레벨을 충전될 수치로 조절할 수 있는 가능성도 존재한다.

본 발명에 따른 제 1 실시예의 3가지 모든 형성예는 집적 회로로서 반도체 칩상에 형성되기에 적합하다. 이 경우 예를 들어 2 볼트의 공급 전압을 필요로 하고 2mW의 평균 전력 손실로 작동되는 데이터 처리 장치에서, 스위칭 주파수가 1MHz인 경우에는 3볼트의 입력 전압이, 커패시터(CZ)를 위해서는 1nF의 커패시턴스가 필요하다. 이 때에는 1mA의 전류가 전달된다. 스위치(S)는 상기 경우에 통상의 전자 스위치로 형성된다. 스위칭 장치는 강유전성 유전체를 사용하는 기술로 제조된 집적 회로용으로 바람직하다. 상기와 같은 경우에는 지금까지 통상적인 유전 상수에 비해 상승된 유전 상수(E)가 적용될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 경우에 미리 제공된 커패시터를 위해서는 더 작은 표면이 필요하게 된다.

도 4는 제 2 실시예를 보여준다. 상기 실시예에서는 도 1 내지 도 3에 따른 커패시터(CZ)가 유도 저항기로 대체된다. 스위치(S)에 의해서는 제 1 상태(Z1)로부터 제 2 상태(Z2)로 전환이 이루어짐으로써 하기와 같은 작용이 실행된다. 제 1 상태(Z1)에서는 전류(I(T))가 유도 저항기(L)내에 인가됨으로써, 자기장이 형성된다. 상기 자기장은 상기 코일에 의해 저장되는 자기 에너지와 일치한다. 스위치(S)가 제 1 상태(Z1)로부터 제 2 상태(Z2)로 교체되면 코일은 재차커패시터(C)와 연결되고, 상기 커패시터는 유도 저항기(L)내에 저장된 자기 에너지로부터 외부로 재차 충전 전류에 의해서 전압(UV(T))으로 충전된다. 재 1 상태(Z1)로부터 제 2 상태(Z2)로 전환될 때 과전압의 발생을 저지하기 위해서는, 상기 유도 저항기(L)에 병렬로 소위 회복 다이오드(D)가 제공되어야 한다. 유도 저항기(L)를 반도체 칩상에 함께 집적하는 것이 불가능하다면, 상기 유도 저항기를 적어도 반도체 칩의 표면상에 직접 배치하는 것도 가능하다. 도 2 및 도 3에 따른 개선예는 상응하게 상기 제 2 실시예에 전용될 수 있다.

Claims (8)

1. 파워 중간 저장 유닛(C_Z; L_Z), 파워 메인 저장 유닛(C) 및 스위칭 장치(S)를 포함하는 전원 장치로서,

   상기 스위칭 장치(S)는 적어도 2가지 스위칭 상태를 가지며,

   파워 중간 저장 유닛(CZ; L)은 제 1 스위칭 상태에서는 전원 입력부(E)에 접속되고, 제 2 스위칭 상태에서는 파워 메인 저장 유닛(C)와 연결되며,

   상기 파워 메인 저장 유닛(C)은 제 2 스위칭 상태에서 전원 출력부(A)와 연결되도록 구성된 전원 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭 장치(S)는 제 2 스위칭 상태 후에 제 3 스위칭 상태를 취하며, 상기 제 3 스위칭 상태에서는 에너지 방전 장치(3)가 에너지 중간 저장 유닛(CZ; L)과 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   에너지 방전 장치(3)를 이용하여 에너지 중간 저장 유닛(CZ; L)의 방전 수치인 전압 레벨을 결정하는 랜덤 발생기(4)와 상기 에너지 방전 장치(3)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   에너지 중간 저장 유닛(CZ1, CZ2,...,CZN-1,CZN)이 다수인 경우에는, 할당된 각각의 스위칭 장치를 통해서 에너지 공급 입력부(E) 또는 에너지 메인 저장 유닛(C)과 서로 병렬 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다수의 에너지 중간 저장 유닛(CZ1, CZ2,...,CZN-1,CZN)은 예정된 상이한 시점에서 에너지 공급 입력부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 다수의 에너지 중간 저장 유닛(CZ1, CZ2,...,CZN-1,CZN)은 에너지 메인 저장 유닛(C)과 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 전원 장치 및 전원 출력부에 접속된 데이터 처리 장치(1)를 갖춘 스위칭 장치로서, 상기 스위칭 장치가 반도체 칩상에 집적되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 스위칭 장치(S)는 데이터 처리 장치의 최대 작동 주파수보다 작은/최대작동 주파수와 동일한 주파수로 작동되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.