KR20010098640A

KR20010098640A - 전원 회로 및 그 구동 방법 그리고 전원용 전자부품

Info

Publication number: KR20010098640A
Application number: KR1020010020260A
Authority: KR
Inventors: 오오타니미츠아키
Original assignee: 가와다 미쓰구; 다이요 유덴 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2001-11-08
Also published as: US20010030528A1; EP1148614A2; HK1041566A1; TW512576B; US6472854B2; JP2001298945A; EP1148614A3

Abstract

스위칭 소자(13)와 인덕터(12)의 직렬 회로에 대하여 병렬로 입력 단자(11a)와 출력 단자(11b)를 직결하는 FET(21)를 설치하고, 스위칭 소자(13)만의 구동에 의해서 출력 전압(Vout)이 저하하고, 스위칭 소자(13)가 100% 온 상태를 유지하게 되면 구동 회로(22)에 의해서 FET(21)를 온 상태로 함으로써 스위칭 소자(13)의 온 저항과 인덕터(12)의 저항 성분의 직렬 저항과 FET(21)의 온 저항을 병렬 접속한 상태를 이루어 공급 전류의 증대를 도모하고, 출력 단자(11b)로의 출력 전압값을 설정값으로 유지할 수 있는 시간을 연장한다. 이로 인해, 배터리에 의한 전자 회로의 구동 시간 증대를 도모할 수 있는 동작 조건이 넓은 전원 회로의 구동 방법 및 전원 회로 및 전원용 전자부품을 얻을 수 있다.

Description

전원 회로 및 그 구동 방법 그리고 전원용 전자부품{BATTERY OPERATED POWER CIRCUIT AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 강압형 전원 회로에 관한 것으로, 특히 전원 장치의 동작 시간의 연장을 도모할 수 있는 전원 회로 및 그 구동 방법 그리고 그 전원용 전자부품에 관한 것이다.

종래, 노트형 퍼스널 컴퓨터나 휴대용 전자기기 등에서는 배터리의 전압을강압형 스위칭 전원 회로에 의해서 규정 전압으로 강압하여 전자 회로로 공급하여 구동하고 있다.

이러한 종류의 강압형 스위칭 전원 회로는, 예컨대 도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1 스위칭 소자(13)와, 평활 콘덴서(14), 정류 다이오드(15), 제 2 스위칭 소자(16), 평활 콘덴서(17), 컨트롤 집적 회로(18)를 구비하고 있다.

제 1 스위칭 소자(13)는, 예컨대 전계 효과 트랜지스터(FET)로 이루어지고, 입력 단자(11a)에서 입력된 배터리로부터의 입력 전압(Vin)을 평활 리액터(reactor)(평활작용을 하는 인덕터)(12)를 거쳐서 출력 단자(11b)로 출력한다.

평활 콘덴서(14)는 출력 단자(11b)와 접지 사이에 접속되어 있다.

정류 다이오드(15)는 평활 리액터(12)와 평활 콘덴서(14)의 직렬 회로에 대하여 병렬로 또한 평활 리액터(12)의 전류를 유지하는 극성에 접속되어 있다. 제 2 스위칭 소자(16)는, 예컨대 FET로 이루어지고, 정류 다이오드(15)와 병렬로 또한 정류 다이오드(15)와 같은 통전극성에 접속되어 있다.

평활 콘덴서(17)는 입력 단자(11a)와 접지 사이에 접속되어 있다.

또한, 컨트롤 집적 회로(18)는 출력 단자(11b)에서의 출력 전압(Vout)을 감시하고, 이 출력 전압(Vout)이 일정값이 되도록 제 1 및 제 2 스위칭 소자(13, 16)의 온·오프 동작을 제어한다. 이 제어에 있어서, 컨트롤 집적 회로(18)는 제 1 스위칭 소자(13)가 온일 때에 제 2 스위칭 소자(16)가 오프가 되도록 제어한다.

전술한 구성으로 이루어지는 전원 회로에 의하면, 제 1 스위칭 소자(13)가온일 때에는 입력 단자(11a)에 입력된 전압(Vin)이 평활 리액터(12) 및 평활 콘덴서(14)에 의해서 평활되어 출력 단자(11b)로 출력된다. 또한, 제 1 스위칭 소자(13)가 오프일 때에는 제 2 스위칭 소자(16)가 온이 된다. 이로 인해, 평활 리액터(12)를 흐르는 전류는 정류 다이오드(15) 및 제 2 스위칭 소자(16)에 의해서 유지되어 일정한 전압이 출력 단자(11b)로 출력된다.

이때, 컨트롤 집적 회로(18)는 출력 단자 전압(Vout)의 변화에 따라 제 1 및 제 2 스위칭 소자(13, 16)의 온·오프를 제어하는 펄스 신호의 펄스폭을 변화시키고, 출력 단자 전압(Vout)이 일정해지도록 귀환 제어를 실행한다.

또한, 컨트롤 집적 회로(18)는 제 1 및 제 2 스위칭 소자(13, 16)가 동시에 온하는 횡류(cross current)를 방지하기 위해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 또는 제 2 스위칭(13, 16)이 온에서 오프 상태로 이행한 후에 소정의 데드 타임(dead time)(t_DET)을 설정하고, 이 데드 타임(t_DET) 경과후에 제 2 또는 제 1 스위칭 소자(16, 13)를 온 상태로 하고 있다.

이것에 의해서, 출력 단자(11b)에 접속된 부하(도시하지 않음)로의 공급 전류가 큰 중부하일 때에도, 제 1 스위칭 소자(13)가 오프일 때에 평활 리액터(12)에 축적된 에너지는 제 2 스위칭 소자(16)를 거쳐서 방출된다. 따라서, 정류 다이오드(15)에 의한 순방향 전압 손실을 발생하지 않고, 효율이 좋은 동기정류를 실행할 수 있다.

또한, 상기 강압형 스위칭 전원 장치에서는 출력 전압 부근까지 배터리로부터의 입력 전압이 저하했을 때에 스위칭 소자(13)를 온 상태로 함과 동시에 스위칭 소자(16)를 오프 상태로 설정하여, 스위칭 동작을 정지한 도통(導通) 상태를 유지함으로써 출력 전압을 규정 전압으로 유지하여, 배터리에 의한 동작 시간의 확대를 도모하고 있다.

그러나, 스위칭 소자(13)를 도통 상태로 유지하더라도, 입력 단자(11a)와 출력 단자(11b) 사이에는 스위칭 소자(13)와 평활 리액터(12)가 직렬 접속되어 있다. 이 때문에, 이들 스위칭 소자(13)와 평활 리액터(12)의 전기 저항에 의해서 전압 강하가 발생하여 출력 전압(Vout)을 규정값으로 유지할 수 없었다.

즉, 도 3에 도시하는 바와 같이 배터리로부터의 입력 전압(Vin)은 전가기기의 구동 시간경과와 함께 서서히 저하한다. 이 때문에, 입력 전압(Vin)이 전압(V1)에 도달한 후에는 출력 전압(Vout)도 서서히 저하한다. 도 3에 있어서, V1=Vset+Vdrp이고, Vset은 설정 출력 전압, Vdrp는 스위칭 소자(13)와 평활 리액터(12)의 직렬 저항에 의한 전압 강하이다.

이 때문에, 입력 전압(Vin)이 전압(V1)에 도달한 후에 전자 회로의 구동 전압 허용 범위의 하한치(Vmin)에 도달했을 때에 전자 회로의 구동이 정지한다. 따라서, 배터리에 의한 전자 회로의 구동시간 증대는 이것이 한계였다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점에 비추어, 배터리에 의한 전자 회로의 구동 시간 증대를 도모할 수 있는, 또는 동작 조건이 넓은 전원 회로 및 그 구동 방법 그리고 전원용 전자부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 전원 회로는 스위칭 동작 및 평활작용에 의해서 입출력 전압의 변환을 실행하는 전원 회로이고, 스위칭 동작을 실행하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자에 직렬 접속되어 평활작용을 실행하는 인덕터와, 스위칭 소자에 병렬 접속된 전류 제어 소자 또는 인덕터에 병렬 접속된 전류 제어 소자 또는 스위칭 소자와 인덕터의 직렬 회로에 대하여 병렬로 접속된 전류 제어 소자를 구비하고 있다.

본 발명의 전원 회로는 스위칭 소자가 온 오프 상태를 교대로 되풀이하는 스위칭 동작될 때에는 이 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해서, 입력 단자로부터 유입된 전류는 스위칭 소자와 인덕터를 거쳐서 출력 단자로 공급된다.

또한, 전류 제어 소자가 구동될 때에는 이 전류 제어 소자를 거쳐서 전류가 공급된다. 즉, 전류 제어 소자가 스위칭 소자에 병렬 접속된 상태에서 전류 제어 소자가 구동되고 있을 때에는 스위칭 소자의 온 저항과 전류 제어 소자의 저항 성분이 병렬 접속된 상태로 되므로, 전원 회로의 내부 저항치를 저하시킬 수 있다. 또한, 전류 제어 소자가 인덕터에 병렬 접속된 상태에서 전류 제어 소자가 구동되고 있을 때에는 인덕터의 저항 성분과 전류 제어 소자의 저항 성분이 병렬 접속된 상태로 되므로, 전원 회로의 내부 저항치를 저하시킬 수 있다. 또한, 전류 제어 소자가 스위칭 소자와 인덕터의 직렬 회로에 대하여 병렬로 접속된 상태에서 전류 제어 소자가 구동되고 있을 때에는 스위칭 소자의 온 저항과 인덕터의 저항 성분의 직렬 저항과 전류 제어 소자의 저항 성분이 병렬 접속된 상태로 되므로, 전원 회로의 내부 저항치를 저하시킬 수 있다.

따라서, 전류 제어 소자를 구동하여 전류 제어 소자를 거쳐서 전류를 흘렸을때에는 출력 단자로의 공급 전류는 전류 제어 소자를 동작시키지 않을 때에 비하여 증가한다. 예컨대, 전원 회로의 출력 전압이 규정값보다 저하하고 있을 때에 전류 제어 소자를 동작시키고, 전류 제어 소자의 통전 전류량을 제어함으로써, 전류 제어 소자를 거쳐서 흐르는 통전 전류량을 증가시켜 출력 전압의 값을 소망하는 값으로 향상시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 요구를 고려하여 창작된 것이다.

이것에 의해서, 전류 제어 소자를 3 단자 레귤레이터와 같이 직렬(series) 동작시킴으로써, 스위칭 소자만을 동작시킬 때에 비하여 출력 전압의 최대값을 높일 수 있다. 또한, 입력 단자에 배터리를 접속하고 있는 경우, 스위칭 소자만의 구동을 실행하고 있어서 출력 전압이 저하했을 때에, 전류 제어 소자를 동작시켜서 이 전류 제어 소자를 거쳐서 전류를 흘림으로써, 전원 회로의 저항치가 저감된 상태로 되므로, 출력 단자로의 출력 전압값을 일정하게 유지할 수 있는 시간이 연장된다.

상기 전류 제어 소자로서는 FET나, 트랜지스터, 또는 가변 저항 소자 등을 이용할 수 있다.

또한, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%에 도달한 상태에서 전류 제어 소자를 동작시켜 통전 전류량의 제어를 실행하면 전압 변환 효율에 영향을 주지 않고 통전 전류량의 제어를 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 전원 회로는 상기의 목적을 달성하기 위해서, 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 접속된 스위칭 소자와 인덕터를 구비하고, 스위칭 소자를 스위칭 동작시켜 입력 단자에 인가된 전압을 소정값의 전압으로 강압 변환하여 출력 단자로 출력하고, 출력 전압값을 감시하여 이 출력 전압값을 거의 일정값으로 유지하는 전원 회로에 있어서, 스위칭 소자와 인덕터에 대하여 병렬로 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되고, 제어 신호에 근거하여 입력 단자로부터 출력 단자로의 통전 전류량을 변화시키는 전류 제어 소자와, 출력 전압값을 일정값으로 유지하도록 전류 제어 소자를 동작시키는 구동 수단을 설치했다.

본 발명의 전원 회로에 의하면, 스위칭 소자만이 온 오프 상태를 교대로 반복하는 스위칭 동작될 때에는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해서 입력 단자로부터 스위칭 소자 및 인덕터를 거쳐서 출력 단자로 전류가 공급되어 출력 단자로 일정값의 출력 전압을 얻을 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 구동에 병행하여 구동 수단에 의해서 전류 제어 소자가 구동될 때에는 전류 제어 소자를 거쳐서 제어 신호에 근거하는 양의 전류가 입력 단자로부터 출력 단자로 공급된다. 이 때, 스위칭 소자의 온 저항과 인덕터의 저항 성분의 직렬 저항과 전류 제어 소자의 저항 성분이 병렬 접속된 상태가 되므로, 출력 단자로의 공급 전류는 전류 제어 소자를 동작시키지 않을 때에 비하여 증가시킬 수 있다. 이것에 의해서, 전류 제어 소자를 3 단자 레귤레이터와 같이 직렬 동작시킴으로써 스위칭 소자만을 동작시킬 때에 비하여 출력 전압의 최대값을 높일 수 있다. 또한, 입력 단자에 배터리를 접속하고 있는 경우, 스위칭 소자만의 구동을 실행하고 있어서 출력 전압이 저하했을 때에 전류 제어 소자를 동작시켜 해당 전류 제어 소자를 거쳐서 전류를 흘림으로써, 스위칭 소자의 등가 저항과 인덕터의 저항 성분의 직렬 저항과 전류 제어 소자의 저항 성분이 병렬 접속된 상태로 되므로, 출력 단자로의 출력 전압값을 상기 일정하게유지할 수 있는 시간이 연장된다.

또한, 입력 단자에 배터리를 접속함으로써 출력 단자에 접속된 전자 회로에 소정 전압값의 전원을 공급하고 있는 경우에는 스위칭 소자만의 구동을 실행하고 있어 출력 전압값이 저하하고, 스위칭 소자가 100% 온 상태를 유지하게 되면 전류 제어 소자를 구동한다. 이것에 의해서 효율이 향상하므로 보다 바람직한 상태로 구동할 수 있어, 부하가 되는 전자 장치의 사용 가능 시간을 길게 하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 스위칭 소자가 100% 온 상태를 유지하게 된 것은 스위칭 소자로부터 출력되는 신호 또는 스위칭 소자로 입력되는 제어 신호에 근거하여 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%로 된 것을 판단함으로써 용이하게 검출할 수 있다.

또한, 전류 제어 소자로서 트랜지스터를 이용한 경우에는 트랜지스터의 베이스 전류를 제어하여 트랜지스터의 포화전류를 변화시킴으로써, 통전 전류량을 제어할 수 있다. 또한, 전류 제어 소자로서 전계 효과 트랜지스터를 이용한 경우에는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하여 전계 효과 트랜지스터의 온 저항을 변화시킴으로써, 통전 전류량을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 전원 회로의 구동 방법은 상기 구성의 전원 회로를 상기와 같이 하여 효율적으로 구동할 수 있다.

또한, 본 발명의 전원용 전자부품은 상기 스위칭 반도체 소자와 전류 제어 소자 및 전류 제어 소자의 구동 회로를 패키지내에 수용한 것이다. 이 전원용 전자부품을 이용함으로써 상기 전원 회로를 용이하게 형성할 수 있다.

도 1은 종래의 강압형 스위칭 전원 회로 구성도,

도 2는 종래의 강압형 스위칭 전원 회로의 스위칭 동작을 설명하는 타이밍차트,

도 3은 종래의 강압형 스위칭 전원 회로의 배터리 동작에 의한 출력 전압의 변이를 설명하는 도면,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전원 회로의 구성도,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 출력 전압과 스위칭 동작의 관계를 설명하는 타이밍차트,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전원 회로의 구성도,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전원 회로의 출력 전압과 스위칭 동작의 관계를 설명하는 타이밍차트,

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전원 회로에 이용하는 구동 회로의 일례를 도시한 구성도,

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 다른 동작예를 설명하는 도면,

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 다른 전원 회로를 도시하는 구성도,

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 전원용 전자부품을 도시한 외관도,

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 전원용 전자부품의 전기계 회로를 도시한 회로도,

도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 있어서의 전원용 전자부품을 도시한 외관도,

도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 있어서의 전원용 전자부품의 전기계 회로를 도시한 회로도,

도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 다른 예의 전원용 전자부품의 전기계 회로를 도시한 회로도,

도 16은 본 발명의 제 4 실시예에 관한 다른 예의 전원용 전자부품의 전기계 회로를 도시한 회로도.

본 발명을 첨부 도면을 참조하면서, 더욱 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전원 회로의 구성도이다. 도면에 있어서, 전술한 종래 예와 동일 구성 부분은 동일 부호로 도시하여 그 설명을 생략한다. 또한, 종래 예와 제 1 실시예의 상이점은 P 채널형 전계 효과 트랜지스터(이하, FET라고 칭함)(21)와 그 구동 회로(22)를 설치한 것이다.

FET(21)의 소스는 입력 단자(11a)에 접속되고 드레인은 출력 단자(11b)에 접속되어 있다. 또한, FET(21)의 게이트는 구동 회로(22)에 접속되어 있다.

구동 회로(22)는 N 채널형의 FET(221)와, 저항기(222), 콘덴서(223), 다이오드(224)로 구성되어 있다. FET(221)의 소스는 접지되고, 드레인은 FET(21)의 게이트에 접속되어 있다. 또한, FET(221)의 게이트는 저항기(222)의 한쪽 단부와 다이오드(224)의 양극(anode)에 접속됨과 동시에 콘덴서(223)를 거쳐서 접지되어 있다. 저항기(222)의 다른쪽 단부와 다이오드(224)의 음극(cathode)은 스위칭 소자(13)의 드레인에 접속되어 있다.

전술한 구성으로 이루어지는 전원 회로에 의하면, 도 5에 도시하는 바와 같이 입력 전압(Vin)이 전압값(V1)에 이를 때까지 스위칭 소자(13)는 컨트롤 집적 회로(18)에 의해서 스위칭 동작되고 출력 전압(Vout)은 설정 전압값(Vset)으로 유지된다. 또한, 입력 전압(Vin)이 전압값(V1)에 이를 때까지는 FET(21)는 오프 상태를 유지하고, 입력 전압(Vin)이 전압값(V1)에 이르면 FET(21)은 그 온 저항이 최소로 되는 완전한 온 상태로 설정된다.

즉, 스위칭 소자(13)가 스위칭 동작하고 있을 때에는 스위칭 소자(16)가 오프 상태인 기간에 저항기(222)를 거쳐서 콘덴서(223)에 충전되고, FET(221)의 게이트 전압(VG)이 서서히 증가한다. 이 다음, 스위칭 소자(16)가 오프 상태에서 온 상태로 이동하면 콘덴서(223)에 충전된 전하는 다이오드(224) 및 스위칭 소자(16)를 거쳐서 방전되고, FET(221)의 게이트 전압(VG)은 0V까지 저하한다. 여기서, 콘덴서(223)로의 충전 시간 상수는 스위칭 소자(16)가 오프 상태인 동안에 FET(221)의 게이트 전압(VG)이 FET(221)가 온 상태로 되지 않도록 설정되어 있다. 이것에 의해서, FET(221)는 오프 상태를 유지하고 있기 때문에 FET(21)도 오프 상태를 유지한다.

또한, 입력 전압(Vin)이 전압값(V1)에 도달하고 스위칭 소자(13)가 온 듀티 100%(100% 온 상태)가 되면, 스위칭 소자(16)는 온 듀티 0%(100% 오프 상태)로 설정된다. 이 때문에, FET(221)의 게이트는 저항기(222)에 의해서 풀업된 상태로 되고 FET(221)는 온 상태로 설정된다. 이것에 의해서, FET(21)의 게이트가 접지되므로 FET(21)는 온 상태로 설정되어 출력 전압(Vout)은 Vin-Vdrp1이 되어 전력 공급 시간과 함께 서서히 저하한다. 여기서, 전압(Vdrp1)은 스위칭 소자(13)와 평활작용을 하는 인덕터(12)와 FET(21)의 합성 저항에 의한 전압 강하분이다. 이 전압 강하분(Vdrp1)은 종래 예의 전압 강하분(Vdrp)보다도 작다.

즉, 스위칭 소자(13)의 온 저항을 R1, 인덕터(12)의 저항을 RL, FET(21)의 온 저항을 R2라고 하면, 종래 예에 있어서 전압 강하(Vdrp)는 스위칭 소자(13)와 인덕터(12)의 합성 저항에 의한 전압 강하분이며, 그 합성 저항(Ri1)은 다음 수학식 1에 의해서 표시되고, 본 실시예에 있어서는 스위칭 소자(13)와 인덕터(12)와 FET(21)의 합성 저항(Ri2)은 다음 수학식 2에 의해서 표시된다.

Ri1=R1+RL

Ri2={(R1+RL)·R2}/{R1+RL+R2}

따라서, Ri1>Ri2로 되고 전압 강하분(Vdrp1)은 종래예의 전압 강하분(Vdrp)보다 작아진다.

이 때문에, 출력 전압(Vout)의 전압값이 구동 대상이 되는 전자 회로의 구동 전압 허용 범위의 하한값(Vmin)에 도달하기까지의 시간이(t2-t1)만큼 연장되어, 전자 회로의 구동 가능 시간을 확대할 수 있다. 단, FET(21)가 온 상태가 되었을 때의 출력 전압(Vout)(=Vin-Vdrp1)이 구동 대상이 되는 전자 회로의 구동 전압 허용 범위의 상한값(Vmax) 이하이어야 한다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.

도 6은 제 2 실시예에 있어서의 전원 회로를 도시하는 구성도, 도 7은 그 동작을 설명하는 타이밍차트이다. 도면에 있어서, 전술한 종래 예와 동일 구성부분은 동일 부호로 도시하여 그 설명을 생략한다. 또한, 종래 예와 제 2 실시예의 상이점은 P 채널형의 전계 효과 트랜지스터(FET)(21)와 이것을 구동하는 직렬 구동 제어 회로(23)를 설치한 것이다.

FET(21)의 소스는 입력 단자(11a)에 접속되고, 드레인은 출력 단자(11b)에접속되어 있다. 또한, FET(21)의 게이트는 직렬 구동 제어 회로(23)에 접속되어 있다.

직렬 구동 제어 회로(23)는 출력 전압(Vout)과 스위칭 소자(13)의 게이트 전압을 감시하여, 스위칭 소자(13)가 온 듀티 100%(100% 온 상태)로 설정된 후에 FET(21)를 동작시킨다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 직렬 구동 제어 회로(23`)의 기동에 도 1에 도시한 구동 회로(22)를 이용해도 무방하다. 이 도 8에 도시하는 직렬 구동 제어 회로(23`)는 도 6의 직렬 구동 제어 회로(23)와 기본적으로 같은 동작을 하지만, 컨트롤 집적 회로(18)의 출력 신호 대신에 구동 회로(22)의 출력 신호에 따라 FET(21)의 온 상태와 오프 상태를 전환한다.

도 6의 전원 회로의 직렬 구동 제어 회로(23)는 3 단자 레귤레이터에서 실행되고 있는 것과 같은 일반적으로 직렬 동작이라고 불리고 있는 동작을 FET(21)로 실행시킨다. 즉, 직렬 구동 제어 회로(23)는 출력 전압(Vout)을 설정 전압값(Vset)으로 유지하도록 FET(21)의 게이트 전압을 변화시켜 FET(21)의 온 저항(포화 전압)을 제어한다. 이것에 의해서, FET(21)를 거쳐서 출력 단자(11b)로 공급되는 전류량이 제어되어, 출력 전압(Vout)은 설정 전압값(Vset)으로 유지된다.

직렬 구동 제어 회로(231)에 의해서 FET(21)의 온 저항이 최하한값으로 설정되었을 때(시간 t3)에 FET(21)는 완전한 온 상태가 되고, 이 다음은 제 1 실시예와 같이 출력 전압(Vout)은 Vin-Vdrp1이 되어 전력 공급 시간과 함께 서서히 저하하여 시간(t4)에 구동 대상이 되는 전자 회로의 구동 전압 허용 범위의 하한값(Vmin)에 도달한다.

이 때문에, 출력 전압(Vout)의 전압값이 구동 대상이 되는 전자 회로의 구동 전압 허용 범위의 하한값(Vmin)에 도달하기까지의 시간이 (t4-t1)만큼 연장되어, 전자 회로의 구동 가능 시간을 확대할 수 있다.

제 2 실시예에서는 스위칭 소자(13)가 온 듀티 100%(100% 온 상태)가 된 후에는 FET(21)를 직렬 동작시킴으로써 출력 전압(Vout)이 설정 전압값(Vset)으로 유지되므로, 제 1 실시예와 같은 제한은 없다. 또한, 이것이 온 듀티100%가 되기 전에 FET(21)를 직렬 동작시키는 것 보다 효율이 향상하는 점에서 바람직하다.

또한, 스위칭 소자(13)가 스위칭 동작을 실행하고 있을 때에 이것과 병행하여 FET(21)를 직렬 동작시키면, 출력 전압(Vout)의 허용 범위, 즉 최대 출력 전압을 높일 수 있다. 즉, 도 9에 도시하는 바와 같이 종래 예에서는 전압 강하분(Vdrp)을 고려한 Vin-Vdrp가 출력 전압(Vout)의 설정 가능 전압의 최대값이었지만, 본 실시예에서는 전압 강하분(Vdrp1)을 고려한 Vin-Vdrp1가 출력 전압(Vout)의 설정 가능 전압의 최대값이 된다. 또한, 출력 전압을 일정하게 하면, 입력 전압에 대하여 동작범위가 넓어진다.

상기 실시예는 동기 정류 타입의 스위칭 전원부를 포함하는 경우이었지만 비동기 정류 타입의 스위칭 전원부를 포함한 경우라도 무방하다. 즉 도 10에 도시하는 바와 같이, 도 1에 도시한 회로에 있어서 스위칭 소자(16)를 제거하여 이루어지는 비동기 정류 타입이어도 무방하다.

다음에, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다.

제 3 실시예에서는 전술한 전원 회로를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 전자부품을 구성했다. 도 11은 제 3 실시예에 있어서의 전원용 전자부품을 도시하는 외관도, 도 12는 그 전기계 회로를 도시하는 구성도이다. 도 11에 있어서, 참조부호(30)는 전원용 전자부품으로, 패키지(31)와, 5개의 리드 단자(32a 내지 32e), 방열판(33)으로 구성되는 5 단자의 SIP(Single 1n-line Package)형의 외형형상을 이루고 있다.

또한, 패키지(31) 내부에는 도 12에 도시하는 바와 같이 2개의 FET(41, 42) 및 구동 회로(22)가 설치되어 있다. 이들 FET(41, 42)는 제 1 실시예에 있어서 스위칭 소자(13)와 FET(21)에 대응하는 것이고, 구동 회로(22)는 제 1 실시예와 동일 구성이다.

FET(41, 42)의 소스는 단자(32a)에 접속되고, FET(41)의 드레인은 단자(32b)에 접속되고, FET(42)의 드레인은 단자(32c)에 접속되어 있다. 또한, FET(41)의 게이트는 단자(32d)에 접속되어 있다. FET(42)의 게이트에는 구동 회로(22)로부터 출력되는 제어 신호가 입력되고 있다. 즉 FET(42)의 게이트는 구동 회로(22)의 FET(221)의 드레인에 접속되어 있다. 또한, 구동 회로(22)는 단자(32b)에 접속되어 FET(41)의 출력 신호를 입력할 수 있도록 되어 있다. 또한, 구동 회로(22)의 접지 단자가 단자(32e)에 접속되어 있다.

상기 구성으로 이루어지는 전원용 전자부품(30)을 이용함으로써, 상기 실시예의 전원 회로를 용이하게 형성할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 4 실시예를 설명한다.

제 4 실시예에 있어서도 전술한 전원 회로를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 전자부품을 구성했다. 도 13은 제 4 실시예에 있어서의 전원용 전자부품을 도시하는 외관도, 도 14는 그 회로도이다. 도 13에 있어서, 참조부호(50)는 전원용 전자부품으로, 패키지(51)와, 6개의 리드 단자(52a 내지 52f), 방열판(53)으로 구성되는 6 단자의 SIP(Single in-line Package)형의 외형형상을 이루고 있다.

또한 패키지(51)의 내부에는 도 14에 도시한 바와 같이 2개의 FET(41, 42)와, 제 1 실시예에서 설명한 컨트롤 집적 회로(18), 집적화된 구동 회로(22)가 설치되어 있다. 이들 FET(41, 42)도 전술한 바와 같이 제 1 실시예에 있어서의 스위칭 소자(13)와 FET(21)에 대응하는 것이다.

FET(41, 42)의 소스는 단자(52a)에 접속되고, FET(41)의 드레인은 단자(52c)에 접속되고, FET(42)의 드레인은 단자(52b)에 접속되어 있다. 또한, FET(41)의 게이트는 컨트롤 집적 회로(18)에 접속되고, FET(42)의 게이트는 구동 회로(22)에 접속되어 있다. 또한, 컨트롤 집적 회로(18)로의 출력 전압(Vout)의 귀환 입력 및 제어 신호 출력을 위한 도전로가 단자(52d, 52e)에 접속되고, 접지용 단자(52f)가 설치되어 있다.

상기 구성으로 이루어지는 전원용 전자부품(50)을 이용함으로써, 상기 실시예의 전원 회로를 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징에서 일탈하지 않고, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으므로, 한정적으로 해석해서는 안 된다. 본 발명의 범위는 특허청구 범위에 의해서 나타내는 것으로, 명세서 본문에 어떤 구속도 되어 있지 않다.또한, 특허 청구의 범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.

예컨대, 상기 제 4 실시예의 구성에 더하여, 도 15에 도시하는 바와 같이 제 1 실시예에 있어서의 제 2 스위칭 소자(16)와 정류 다이오드(15)를 패키지내에 구비한 전자부품(60)을 구성해도 무방하고, 또한 도 16에 도시한 바와 같이 구동 회로(22)에 대신해서 제 2 실시예에서 말한 직렬 구동 제어 회로(23)를 설치해도 무방하다.

또한, 상기 각 실시예에서는 전류 제어 소자로서 전계 효과 트랜지스터(FET)를 이용했지만, 트랜지스터를 이용하여 그 베이스 전류를 제어하여 포화 전압 또는 포화 전류를 변화시키도록 해도 무방하다. 또한, 전류 제어 소자로서 가변 저항 소자를 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 공급 전류의 증대를 도모하고, 출력 전압값을 설정값으로 유지할 수 있는 시간을 연장함으로써, 배터리에 의한 전자 회로의 구동 시간 증대를 도모할 수 있는 동작 조건이 넓은 전원 회로를 구현할 수 있다.

Claims

스위칭 동작 및 평활 작용에 의해서 입출력 전압의 변환을 실행하는 전원 회로에 있어서,

상기 스위칭 동작을 실행하는 스위칭 소자와;

상기 스위칭 소자에 직렬 접속되고, 상기 평활 작용을 실행하는 인덕터와;

상기 스위칭 소자 및/또는 상기 인덕터에 대하여 병렬로 접속된 전류 제어 소자를 포함하는

전원 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어 소자의 통전 전류량을 제어하고, 상기 출력 전압의 값을 소망의 값으로 향상시키는 전류 제어 회로를 더 포함하는

전원 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 전류 제어 회로는 상기 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%에 도달한 상태에서 상기 통전 전류량의 제어를 실행하는

전원 회로.
스위칭 동작 및 평활 작용에 의해서 입출력 전압의 변환을 실행하는 전원 회로에 있어서,

상기 스위칭 동작을 실행하는 스위칭 소자와;

상기 스위칭 소자에 집렬 접속되고, 상기 평활 작용을 실행하는 인덕터와;

상기 스위칭 소자 및/또는 상기 인덕터에 대하여 병렬로 접속된 가변 저향 소자를 포함하는

전원 회로.
제 4 항에 있어서,

상기 가변 저항 소자의 저항값을 제어하고, 상기 스위칭 소자 및/또는 상기 인덕터에 의한 전압 강하량을 저하시키는 저항값 제어 회로를 더 포함하는

전원 회로.
제 5 항에 있어서,

상기 저항값 제어 회로는 상기 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%에 도달한 상태에서, 상기 저항값의 제어를 실행하는

전원 회로.
입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 접속된 스위칭 소자와 인덕터를 포함하고, 상기 스위칭 소자를 스위칭 동착시켜서 상기 입력 단자에 인가된 전압을 소정값의 전압으로 강압 변환하여 상기 출력 단자로 출력하고, 상기 출력 전압값을 감시하여 상기 출력 전압값을 거의 일정값으로 유지하는 전원 회로에 있어서,

상기 스위칭 소자와 인덕터에 대하여 병렬로 상기 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되고, 제어 신호에 근거하여 상기 입력 단자로부터 출력 단자로의 통전 전류량을 변환시키는 전류 제어 소자와;

상기 출력 전압값을 상기 일정값으로 유지하도록 상기 전류 제어 소자를 동작시키는 구동 수단을 포함하는

전원 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 구동 수단은 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%로 된 후에 상기 전류 제어 소자를 동작시켜서 통전하는

전원 회로.
제 8 항에 있어서,

상기 구동 수단은 상기 스위칭 소자로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%가 된 것을 판단하는

전원 회로.
제 8 항에 있어서,

상기 구동 수단은 상기 스위칭 소자로 입력되는 제어 신호에 근거하여 상기 듀티비가 100%로 된 것을 판단하는

전원 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 전류 제어 소자로서 트랜지스터를 포함하고, 상기 구동 수단은 상기 트랜지스터의 베이스 전류를 제어하여 상기 트랜지스터의 포화 전류를 변화시키는

전원 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 전류 제어 소자로서 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 구동 수단은 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하여 상기 전계 효과 트랜지스터의 온 저항을 변화시키는

전원 회로.
입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 접속된 스위칭 소자와 인덕터를 포함하고, 상기 스위칭 소자를 스위칭 동작시켜서 상기 입력 단자에 인가된 전압을 소정값의 전압으로 강압 변환하여 상기 출력 단자로 출력하고, 상기 출력 전압값을 감시하여 상기 출력 전압값을 거의 일정값으로 유지하는 전원 회로의 구동 방법에 있어서,

상기 스위칭 소자와 인덕터에 대하여 병렬로 상기 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되고, 제어 신호에 근거하여 상기 입력 단자로부터 출력 단자로의 통전 전류량을 변화시키는 전류 제어 소자를 설치하고,

상기 출력 전압값을 상기 일정값으로 유지하도록 상기 전류 제어 소자를 동작시키는

전원 회로 구동 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비를 100%로 한 이후에 상기 전류 제어 소자를 동작시켜서 통전하는

전원 회로 구동 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 병행하여 상기 전류 제어 소자를 동작시키는

전원 회로 구동 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 스위칭 소자로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 펄스의 듀티비가 100%가 된 것을 판단하는

전원 회로 구동 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 스위칭 소자에 입력되는 제어 신호에 근거하여 상기 듀티비가 100%로 된 것을 판단하는

전원 회로 구동 방법.
패키지와;

상기 패키지로부터 노출되어 설치된 입력용 외부 단자와;

상기 패키지로부터 노출되어 설치된 제 1 출력용 외부 단자와;

상기 패키지로부터 노출되어 설치된 제 2 출력용 외부 단자와,

상기 패키지 내부에 설치되고 상기 입력용 외부 단자와 제 1 출력용 외부 단자 사이에 접속된 스위칭 반도체 소자와;

상기 패키지 내부에 설치되고 상기 입력용 외부 단자와 제 2 출력용 외부 단자 사이에 접속되고, 제어 신호에 근거하여 상기 입력용 외부 단자로부터 제 2 출력용 외부 단자로의 통전 전류량을 변화시키는 전류 제어 소자와;

상기 스위칭 반도체 소자의 제어 단자에 접속되고 상기 패키지로부터 노출하여 설치된 제 1 제어용 외부 단자와;

상기 패키지 내부에 설치됨과 동시에 상기 전류 제어 소자의 제어 단자에 접속되고 상기 스위칭 소자가 온 듀티 100%를 유지하도록 된 후에 상기 전류 제어 소자를 동작시키는 구동 회로를 포함하는

전원용 전자부품.
제 18 항에 있어서,

상기 구동 회로는 상기 제 1 출력용 외부 단자로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 전류 제어 소자를 구동하는

전원용 전자부품.
제 18 항에 있어서,

상기 구동 회로는 상기 제 1 제어용 외부 단자로부터 입력되는 신호에 근거하여 상기 전류 제어 소자를 구동하는

전원용 전자 부품.
제 18 항에 있어서,

상기 패키지 내부에 상기 스위칭 반도체 소자의 제어 단자와 상기 제 1 제어용 외부 단자 사이에 개재하여 설치되고 상기 제 1 제어용 외부 단자로부터 입력된 제어 신호에 근거하여 상기 스위칭 반도체 소자의 온·오프 상태를 전환 제어하는 제어 회로를 더 포함하는

전원용 전자부품.
제 18 항에 있어서,

상기 전류 제어 소자로서 트랜지스터를 포함하고, 상기 구동 회로는 상기 트랜지스터의 베이스 전류를 제어하여 상기 트랜지스터의 포화 전류를 변화시키는

전원용 전자부품.
제 18 항에 있어서,

상기 전류 제어 소자로서 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 구동 회로는 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하여 상기 전계 효과 트랜지스터의 온 저항을 변화시키는

전원용 전자부품.