KR20140022674A - 스위치 제어 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법 - Google Patents

스위치 제어 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법 Download PDF

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장지훈
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Abstract

스위치 제어 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법이 개시된다. 컨버터는 입력단의 에너지를 저장하여 출력단에 제공하는 인덕터, 상기 인덕터와 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 스위치, 그리고 상기 제1 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압과 상기 출력단의 출력 전압에 대응하는 제1 전압을 비교하여 상기 제1 스위치를 제어하는 스위치 제어 회로를 포함한다. 여기서, 스위치 제어 회로는 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경한다.

Description

스위치 제어 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법{SWITCH CONTROL CIRCUIT, CONVETER COMPRISING THE SAME AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 스위치 제어 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
컨버터는 소정의 입력 전압을 원하고자 하는 출력 전압으로 변환하는 회로이다. 이러한 컨버터는 각종 전자기기 제품에 탑재되어 각종 전원 전압을 발생시키는 장치로 사용된다.
일반적으로 컨버터는 인덕터, 다이오드, 메인 스위치 및출력 커패시터를 포함하며, 출력 전압을 일정하게 유지하기 위한 레귤레이션 동작을 수행한다. 이러한 레귤레이션 동작은, 출력 커패시터에 충전되는 출력 전압에 대응하는 제1 정보와 인덕터에 흐르는 전류에 대응하는 제2 정보를 상호 비교하여, 메인 스위치의 온/오프 타임(듀티)을 조절한다.
상기 제2 정보는 램프 전압으로 표현되는데, 이러한 램프 전압은 소정의 기울기를 가진다. 소정 기울기를 가지는 램프 전압은 메인 스위치의 오프 타임 시점을 결정하는데 사용되나, 램프 전압을 발생시키는 회로 소자의 특성 변화로 인해 램프 전압의 기울기가 원하고자 하는 기울기로 설정되지 않을 수 있다. 설정하기를 원하는 기울기는 제1 기울기이나 회로 소자의 특성으로 인해 제2 기울기(제1기보다 큼)로 변경될 수 있으며, 이로 인해 인덕터에 흐를 수 있는 최대 전류레벨이 설정된 최대 전류레벨보다 줄어들 수 있다. 메인 스위치의 최대 전류 레벨이 설정된 것 보다 작아 질 경우, 인덕터에 저장할 에너지가 줄어들어(즉, 입력측에서 공급해 줄 파워가 줄어듬) 원하고자 하는 출력을 얻을 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 안정적인 출력을 가지는 스위치 제어 회로및 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 컨버터가 제공된다. 상기 컨버터는, 입력단의 에너지를 저장하여 출력단에 제공하는 인덕터 상기 인덕터와 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 스위치 및 상기 제1 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압과 상기 출력단의 출력 전압에 대응하는 제1 전압을 비교하여 상기 제1 스위치를 제어하며, 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 스위치 제어 회로를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는 상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건의 경우 상기 램프 전압의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는 상기 제1 조건이 적어도 2번 연속으로 발생하는 경우 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제1 기울기에서 상기 제2 기울기로 변경할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는 상기 램프 전압을 생성하는 램프 전압 발생기를 포함할 수 있으며, 상기 램프 전압 발생기는, 전원에 일단이 연결되며 소정의 전압을 충전하고 있는 커패시터 상기 커패시터의 타단에 제 1단이 연결되는 제2 스위치 상기 제2 스위치의 제2 단와 그라운드 사이에 연결되는 가변 저항 상기 전류의 정보가 제1 입력단에 입력되고 제2 입력단은 상기 제2 스위치의 제2 단에 연결되며, 출력단이 상기 제2 스위치의 제어단자에 연결되는 차동 증폭기 및 상기 가변 저항의 저항 값을 변경하는 자동 저항 제어기를 포함할 수 있으며, 상기 커패시터의 타단의 전압일 수 있다.
상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건의 경우, 상기 자동 저항 제어기는 상기 가변 저항의 저항 값을 증가시키도록 상기 가변 저항을 제어하할 수 있다.
상기 가변 저항은 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항을 포함할 수 있으며, 상기 램프 전압 발생기는 상기 제2 저항의 양단에 연결되는 제3 스위치를 더 포함할 수 있으며 상기 자동 저항 제어기는 상기 제1 조건의 경우 상기 제3 스위치를 턴오프 시킬 수 있다.
상기 자동 저항 제어기는, 상기 제1 스위치의 제어단자에 입력되는 신호를 소정의 기간 딜레이 시키는 딜레이 발생기 상기 램프 전압과 상기 제1 기준 전압을 입력 받아 비교하는 비교기 상기 딜레이 발생기의 딜레이 신호 및 상기 비교기의 비교결과를 입력 받는 AND 게이트 제1 구간 동안 하이레벨을 가지는 신호를 생성하는 감지 주기 발생기 및 상기 AND 게이트 및 상기 감지 주기 발생기의 출력을 입력 받으며, 상기 제1구간동안 상기 제1 조건이 만족되는 경우 상기 제3 스위치를 턴오프 시키는 신호를 출력하는 측정 데이터 발생기를 포함할 수 있다.
상기 램프 전압 발생기는, 상기 커패시터의 타단에 제1 단이 연결되고 제어단자와 제2 단이 서로 연결되어 있는 트랜지스터 및 상기 전원과 상기 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되는 제3 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 출력 전압과 제2 기준 전압간의 차이를 증폭하여 상기 제1 전압을 생성하는 오차 증폭기 및 상기 제1 전압과 상기 램프 전압을 비교하여 상기 제 1 스위치를 턴오프시키는 신호를 출력하는 PWM 제어기를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 램프 전압의 기울기가 상기 제2 기울기로 변경된 후에도 상기 제1 조건을 만족하는 경우, 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제2 기울기에서 상기 제2 기울기보다 완만한 제3 기울기로 변경할 수 있다.
상기 인덕터는 상기 입력단에 일단이 연결되는 제1 인덕터 및 상기 제1 인덕터의 타단에 제1 단이 연결되는 제2 인덕터를 포함할 수 있으며, 상기 컨버터는, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제2 스위치 및 상기 제2 스위치에 일단이 연결되며 상기 그라운드에 타단이 연결되는 저항을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 스위치는 상기 제1 인덕터의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되며 상기 저항의 일단의 전압이 상기 스위치 제어 회로에 입력될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컨버터의 구동 방법이 제공된다. 상기 컨버터의 구동 방법은, 입력단에 일단이 연결되는 인덕터를 제공하는 단계 상기 인덕터의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되는 스위치를 제공하는 단계 출력단의 출력 전압에 대응하는 제1 전압을 발생시키는 단계 상기 제1 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압을 발생시키는 단계 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계 및 상기 램프 전압과 상기 제1 전압을 비교하여 상기 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계는, 상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 제1 조건을 만족하는 경우 상기 램프의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계는, 상기 램프 전압의 기울기가 상기 제2 기울기로 변경된 후에도 상기 제1 조건을 만족하는 경우, 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제2 기울기에서 상기 제2 기울기보다 완만한 제3 기울기로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 입력단에 제1 단이 연결되어 있는 인덕터 및 상기 인덕터와 접지 사이에 연결되어 있는 스위치를 포함하는 컨버터에서 상기 스위치를 제어하는 스위치 제어 회로가 제공된다. 상기 스위치 제어 회로는, 상기 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압을 생성하는 램프 전압 발생기 및 상기 컨버터의 출력 전압에 대응하는 제1 전압과 상기 램프 전압을 비교하여, 상기 제1 스위치를 턴오프시키는 신호를 생성하는 PWM 제어기를 포함할 수 있으며, 상기 램프 전압 발생기는 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경할 수 있다.
상기 램프 전압 발생기는 상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건인 경우 상기 램프 전압의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경할 수 있다.
상기 램프 전압 발생기는, 전원에 일단이 연결되며 소정의 전압을 충전하고 있는 커패시터 상기 커패시터의 타단에 제1 단가 연결되는 제1 스위치 상기 제1 스위치의 제2 단과 그라운드 사이에 연결되는 가변 저항
상기 전류의 정보가 제1 입력단에 입력되고 제2 입력단은 상기 제1 스위치의 제2 단에 연결되며, 출력단이 상기 제2 스위치의 제어단자에 연결되는 차동 증폭기 및 상기 가변 저항의 저항 값을 변경하는 자동 저항 제어기를 포함할 수 있으며, 상기 커패시터의 타단의 전압이 상기 램프 전압일 수 있다.
상기 가변 저항은 서로 직렬로 연결된 복수의 저항을 포함할 수 있으며, 상기 램프 전압 발생기는 상기 복수의 저항 각각의 양단에 병렬로 연결되는 복수의 스위치를 더 포함할 수 있으며, 상기 자동 저항 제어기는 상기 제1 조건의 경우 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴오프시켜 상기 가변 저항의 값을 변경할 수 있다.
상기 자동 저항 제어기는, 상기 스위치의 제어단자에 입력되는 신호를 소정의 기간 딜레이 시키는 딜레이 발생기 상기 램프 전압과 상기 제1 기준 전압을 입력 받아 비교하는 비교기 상기 딜레이 발생기의 딜레이 신호 및 상기 비교기의 비교결과를 입력 받는 AND 게이트 제1 구간 동안 하이레벨을 가지는 신호를 생성하는 감지 주기 발생기 및 상기 AND 게이트 및 상기 감지 주기 발생기의 출력을 입력 받으며, 상기 제1구간동안 상기 제1 조건이 만족되는 경우 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나 스위치를 턴오프 시키는 신호를 출력하는 측정 데이터 발생기를 포함할 수 있다.
상기 램프 전압 발생기는, 상기 커패시터의 타단에 제1 단이 연결되고 제어단자와 제2 단이 서로 연결되어 있는 트랜지스터 및 상기 전원과 상기 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 소정의 조건에서 램프 전압의 기울기를 변경하여최대 전류 레벨을 일정하게 유지하며, 이로 인해 안정적인 출력을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압 발생기에서 램프 전압(Vramp)이 발생되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기에서 각 신호의 파형을 나타내는 타이밍 도이다.
도 5는 램프 전압(Vramp)의 기울기가 순차적으로 변경되는 것을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스위치 구동 회로, 이를 포함하는 컨버터 및 그 구동 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는 스위치 제어 회로(100), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 메인 스위치(MM), 감지 스위치(SM), 감지 저항(Rs), 출력 다이오드(Do) 및 출력 커패시터(Co)를 포함한다.
메인 스위치(MM) 및 감지 스위치(SM)는 n 채널 타입의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 나타내었으나, P 채널 타입의 MOSFET, BJT 등 기타 다른 트랜지스터로 구현될 수 있다.
메인 스위치(MM) 및 감지 스위치(SM)의 게이트 전극에는 스위치 제어 회로(100)로부터 게이트 전압(Vg)이 인가되어, 온/오프 동작이 수행된다. 여기서 메인 스위치(MM)에 의해 온/오프 동작이 주로 수행되며, 감지 스위치(SM)는 전류(Iin)의 양을 감지하는데 사용된다. 메인 스위치(MM)와 감지 스위치(SM)의 게이트 및 드레인이 서로 연결되며, 두 스위치(MM, SM)의 채널비에 의해 전류(Iin)가 소정의 비율로 양분된다. 즉, 메인 스위치(MM)와 감지 스위치(SM)의 채널비가 1000:1인 경우, 대부분의 전류(Iin)는 메인 스위치(MM)를 통해 흐르며 작은 전류(Isense=1/1000*Iin)만이 감지 스위치(SM)를 통해 흐른다. 감지 스위치(SM)의 소스와 접지 사이에 감지 저항(Rs)이 연결되며, 감지 저항(Rs)에 의해 감지 전류(Isense)가 감지 전압(Vsense)으로 변환된다.
제1 인덕터(L1)의 일단은 입력 전압(Vin)에 연결되며 타단은 제2 인덕터(L2)의 일단 및 두 스위치(MM, SM)의 드레인에 연결되어 있다. 제2 인덕터(L2)의 일단은 제1 인덕터의 타단에 연결되며 타단은 출력 다이오드(Do)의 애노드에 연결된다. 제1 인덕터(L1)과 제2 인덕터(L2)는 소정의 턴수로 서로 커플링되어 있으며 입력 에너지를 축적하는 역할을 수행한다. 한편, 입력 전압(Vin)의 양단에는 전압을 안정화 시키는 평활 커패시터(도시하지 않음)가 연결될 수 있다.
출력 다이오드(Do)의 애노드는 제2 인덕터(L2)의 타단에 연결되며 캐소드는 출력 커패시터(Co)의 일단에 연결된다. 출력 다이오드(Do)는 전류 경로를 일방향으로만 흐르도록 하는 역할을 수행한다.
출력 커패시터(Co)의 일단은 출력 다이오드(Do)의 캐소드에 연결되며 타단은 접지에 연결된다. 출력 커패시터(Co)의 양단의 전압이 최종 출력 전압(Vout)이 되며 로드에 공급된다.
스위치 제어 회로(100)는 출력 전압(Vo)과 감지 전압(Vsense) 정보를 입력받아 스위치(MM, SM)의 온/오프 동작을 제어하며, 안정적인 출력 전압(Vout)이 유지되도록 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이 스위치 제어 회로(100)는 오차 증폭기(120), 램프 전압 발생기(140), PWM 제어기(160) 및 SR 플립플롭(180)을 포함한다.
오차 증폭기(120)는 출력 전압(Vout)을 입력받고, 소정의 기준 전압과 출력 전압(Vout)간의 차를 증폭하여 에러 전압(Vcomp)을 출력한다. 이러한 에러 전압(Vcom)이 출력 전압(Vout)에 대응하는 정보이다.
램프 전압 발생기(140)는 감지 전압(Vsense)을 입력 받으며 감지 전압(Vsense)에 대응하는 소정의 램프 전압(Vramp)을 발생시킨다. 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압 발생기(140)의 구체적인 동작은 아래의 도 2에서 상세하게 설명한다.
PWM 제어기(160)는 에러 전압(Vcomp)과 램프 전압(Vramp)을 입력 받아 비교하며, 비교 결과에 따라 메인 스위치(MM)를 턴오프 시키는 오프 신호(OFF)를 출력한다. 즉, PWM 제어기(160)는 램프 전압(Vramp)이 에러 전압(Vcomp)보다 작아지는 시점에 하이 레벨의 오프 신호(OFF)를 출력하고, 램프 전압(Vramp)이 에러 전압(Vcomp)보다 큰 경우 로우 레벨의 오프 신호(OFF)를 출력한다.
SR 플립플롭(180)은 온 펄스 신호(ON)가 입력되는 셋단(S) 및 오프 신호(OFF)가 입력되는 리셋단(R)을 포함하고, 셋단(S)의 입력 신호에 따라 하이 레벨의 신호를 출력하고 리셋단(R)의 입력 신호에 따라 로우 레벨의 신호를 출력한다.
본 발명의 실시예에서는 SR 플립플롭(140)의 출력 신호가 게이트 전압(Vg)으로 나타내었지만, SR 플립플롭(140)의 출력 신호에 따라 게이트 전압(Vg)을 생성하는 게이트 구동부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 램프 전압 발생기(140)의 구성 및 동작에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압 발생기(140)에서 램프 전압(Vramp)이 발생되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압 발생기(140)는 차등 증폭기(OP-AMP), 스위치(RM), 가변 저항(Rauto), 커패시터(Cramp), 트랜지스터(TR), 스위치(S) 및 자동 저항 제어기(140a)를 포함한다.
차등 증폭기(OP-AMP)의 비반전 단자(+)는 감지 스위치(SM)의 소스에 연결되고 반전 단자(-)는 스위치(RM)의 소스에 연결되며, 출력 단자는 스위치(RM)의 게이트에 연결된다.
커패시터(Cramp)의 일단은 전원 전압(Vdd)에 연결되며 타단은 스위치(RM)의 드레인에 연결된다. 스위치(S)의 일단은 전원 전압(Vdd)에 연결되며, 타단은 트랜지스터(TR)의 컬렉터에 연결된다. 한편, 트랜지스터(TR)의 베이스와 컬렉터는 서로 연결되며, 에미터는 커패시터(Cramp)의 타단에 연결된다.
가변 저항(Rauto)의 일단은 스위치(RM)의 소스에 연결되며 타단은 접지에 연결된다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기(140a)는소정의 조건의 경우 가변 저항(Rauto)의 저항 값을 변경시킨다.
먼저 게이트 전압(Vg)이 하이레벨이 되기 전(즉, 로우레벨인 경우)에 스위치(S)의 턴온에 의해 커패시터(Cramp)는 미리 충전되며, 램프 전압(Vramp)은 Vdd-Vbe가 된다. 여기서 Vbe는 트랜지스터(TR)의 베이스-에미터간의 전압이다. 게이트 전압(Vg)이 하이레벨이 되면 메인 스위치(MM) 및 감지 스위치(SM)가 턴온되어, 감지 전압(Vsense)이 점진적으로 상승한다. 차동 증폭기(OP-AMP)의 특성에 의해 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)의 전압이 동일하게 되며, 이로 인해 램프 전류(Iramp)는 Vsense/Rauto가 되어 도 2에 나타낸 바와 같이 점진적으로 상승한다. 램프 전류(Iramp)가 점진적으로 상승함에 따라 커패시터(Cramp)는 방전하게 되며, 램프 전압(Vramp)은 Vdd-Vbe 전압에서 점진적으로 감소한다.
한편, 램프 전압 발생기(140)에서 메인 스위치(MM)와 감지 스위치(SM)간의 미스 매칭(mismatching), 회로 소자(Rs, Rauto, Cramp, TR)의 특성 변화 및 차동 증폭기(OP-AMP)의 옵셋에 의해, 램프 전압(Vramp)이 기 설정된 제1 기울기(SL1)가 되지 않을 수 있다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 램프 전압(Vramp)은 기 설정된 제1 기울기(SL1)를 가지고 점진적으로 감소하여나 하나 제2 기울기(SL2, 점선으로 표시함)를 가지고 점진적으로 감소할 수 있다. 이와 같이 램프 전압(Vramp)의 기울기가 기 설정된 기울기보다 더 큰 경우(SL1 S2), 램프 전압(Vramp)이 더 빨리 에러전압(Vcomp)의 최소값(그라운드 즉, 0V)을 만나게 되어 기 설정된 최대 전류 레벨이 아님에도 불구하고 오프 신호(OFF)를 하이레벨로 출력할 수 있다. 여기서 에러전압(Vcomp)의 최소값(0V)은 최대 전류 레벨을 공급해줄 것을 나타내는 정보에 해당한다.
상기와 같이 램프 전압(Vramp)의 기울기가 변하더라도 최대 전류 레벨을 공급하도록 에러전압(Vcomp)의 최소값을 그라운드(0V) 이하로 더욱 낮추면 되지만, 이러한 램프 전압(Vramp)은 오차 증폭기(120)의 출력이므로 그라운드(0V) 이하로 떨어질 수 없다.
따라서, 게이트 전압(Vg)은 최대 전류 레벨을 공급하기 위해 제1 기간(T1)동안 하이레벨로 되어야 하나 에러전압(Vcomp)의 최소값의 한계로 인해 제2 기간(T2)동안만 하이레벨로 된다. 이로 인해 인덕터(L1)에 저장되는 에너지가 기설정된 값보다 줄어들어 최대 출력 전류가 줄어들게 되며, 안정적인 출력 전압(Vout)을 얻을 수 없다.
본 발명의 실시예에서는 자동 저항 제어기(140a)가소정의 조건을 만족하는경우 가변 저항(Rauto)의 저항 값을 변경하며, 이를 통해 램프 전압(Vramp)의 기울기를 변경시킨다. 즉, 램프 전압(Vramp)의 기울기는 가변 저항(Rauto)의 저항값에 의해 변동되는데, 자동 저항 제어기(140a)는 가변 저항(Rauto)의 저항 값을 변경하여 램프 전압(Vramp)의 기울기를 변경시킨다. 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는 안정적인 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 자동 저항 제어기(140a)가 가변 저항(Rauto)의 저항 값을 변경시키는 방법에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기(140a)의 내부 구성을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기(140a)에서 각 신호의 파형을 나타내는 타이밍 도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자동 저항 제어기(140a)는 딜레이 발생기(142), 감지 주기 발생기(144), 비교기(CP), AND 게이트(146) 및 측정 데이터 발생기(148)를 포함한다.
딜레이 발생기(142)는 게이트 전압(Vg)을 입력 받으며, 게이트 전압(Vg)을 소정의 기간 동안 딜레시켜 딜레이 신호(Vgd)를 출력한다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 딜레이 신호(Vgd)는 게이트 전압(Vg)을 소정 시간 동안 딜레이한 신호이다.
감지 주기 발생기(144)는 딜레이 신호(Vgd)를 입력 받으며, 딜레이 신호(Vgd)를 이용하여 소정의 윈도우(W)를 가지는 감지 주기 인에이블 신호(Venable)를 발생시킨다. 도 4에서는 감지 주기 인에블 신호(Venable)는 딜레이 신호(Vgd)의 5번째 하이 펄스가 뜰 때까지 하이레벨을 유지하는 것을 나타내었지만, 이 윈도우(W)는 늘리거나 줄일 수 있다. 한편, 감지 주기 발생기(144)는 딜레이 신호(Vgd)가 아닌 게이트 전압(Vg)을 이용하여 감지 주기 인에이블 신호(Venable)를 발생시킬 수 있다.
비교기(CP)의 비반전 단자(+)에는 기준 전압(Vref)이 입력되며 반전 단자(-)에는 램프 전압(Vramp)이 입력된다. 비교기(CP)는 램프 전압(Vramp)이 기준 전압(Vref)보다 낮은 경우 하이레벨 신호를 출력한다. 여기서, 기준 전압(Vref)은 램프 전압(Vramp)의 기울기가 변경되어 인덕터(L1)에 충분한 에너지를 축적시키는 못하는 상황을 검출하기 위해 설정되는 레벨로서, 그라운드(0V)보다 조금 높은 레벨로 설정될 수 있다.
AND 게이트(146)는 딜레이 신호(Vgd)와 비교기(CP)의 출력신호를 입력 받아 두 신호가 모두 하이 레벨인 경우 하이 레벨 신호를 출력한다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 AND 게이트(146)의 출력신호인 감지 신호(Vdetect)는 램프 전압(Vramp)이 기준 전압(Vref)보다 낮고 딜레이 신호(Vgd)가 하이 레벨인 경우 하이 레벨의 신호를 출력한다.
측정 데이터 발생기(148)는 감지 신호(Vetect)와 감지 주기 인에이블 신호(Venable)를 입력 받으며, 감주 주기 인에이블 신호(Venable)가 하이레벨인 구간(W)에서 감지 신호(Vdetect)가 N번 연속하는 펄스인 경우 제1 출력 단자(OUT1)로 하이레벨 신호를 출력한다. 그리고 측정 데이터 발생기(148)는 감지 주기 인에이블 신호(Venable)의 다음 하이레벨인 구간에서 감지 신호(Vdetect)가 또 다시 N번 연속하는 펄스인 경우 제2 출력 단자(OUT2)로 하이레벨 신호를 출력한다. 이와 같은 동작을 통해 측정 데이터 발생기(148)는 제N 출력 단자(OUTN)까지 하이 레벨 신호를 출력할 수 있다. 도 4에서는 상기 N번 연속 펄스로 4로 설정하였으나, 이는 변경될 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이 감지 주긴 인에이블 신호(Venable)가 하이 레벨인 구간(W)에서 감지 신호(Vdetect)의 펄스가 연속하여 4번 발생하였으며, 이 경우 측정 데이터 발생기(148)는 제1 출력 단자(OUT1)로 하이레벨 신호를 출력한다.
한편, 도 3에 나타낸 바와 같이 가변 저항(Rauto)은 복수의 저항(Ro, R1, R2, R3, …RN)을 직렬 연결하여 구현되며, 제1 내지 제N 저항(R1, R2,…RN) 각각의 양단에는 각각 제1 내지 제N 스위치(S1, S2, S3,…SN)가 병렬로 연결되어 있다. 제1 내지 제N 스위치(S1, S2, S3,…SN)는 각각 측정 데이터 발생기(148)의 출력단자(OUT1, OUT2, OUT3,…OUTN)에 연결되어 있으며, 미리 턴온 상태로 설정된 상태에서 출력단자(OUT1, OUT2, OUT3,…OUTN)로부터 하이 레벨 신호를 입력 받으면 턴오프 상태로 변경된다. 제1 내지 제N 스위치(S1, S2, S3,…SN)가 모두 턴온 상태인 경우, 가변 저항(Rauto)은 Ro가 된다. 만약 측정 데이터 발생기(148)가 제1 출력단자(OUT1)로 하이레벨 신호를 출력하는 경우 제1 스위치(S1)는 턴온 상태에서 턴오프 상태로 변경되며, 가변 저항(Rauto)는 Ro+R1의 값이 된다. 제1 내지 제N 스위치(S1, S2, S3,…SN)가 모두 턴오프 상태로 변경된 경우에는 가변 저항(Rauto)은 Ro+R1+R2+R3+…RN 값이 된다.
이와 같이 가변 저항(Rauto)은 가변 저항 제어기(140a)의 제어에 의해 저항 값이 변경되며, 가변 저항(Rauto)의 저항값이 변경될 경우 램프 전압(Vramp)의 기울기가 변경된다.
도 4를 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이 램프 전압(Vramp)의 기울기가 기 설정한 SL3 값보다 큰 SL4의 기울기로 변경된 경우, 게이트 전압(Vg)는 T3 보다 짧은 T4 기간 동안만 하이 레벨을 유지한다. 이때, 감지 전압(Vdetect)은 펄스 신호를 가지며, 감지 주기 인에이블 신호(Venable)가 하이레벨인 구간(W)에서 감지 전압(Vetect)이 4번 연속하는 펄스를 가지는 경우 측정 데이터 발생기의(148)의 제1 출력(OUT1)은 하이 레벨로 된다. 제1 출력(OUT1)이 하이 레벨인 경우 제1 스위치(S1)가 턴오프 상태로 되어 가변 저항(Rauto)의 저항 값은 R0+R1로 변경되며, 이로 인해 램프 전압(Vramp)의 기울기는 SL3(기 설정된 값)로 변경된다. 램프 전압(Vramp)의 기울기가 기 설정된 S3로 변경된 경우 게이트 전압(Vg)도 기 설정된 T3 기간 동안 하이 레벨을 유지하며, 일정한 최대 전류 레벨을 유지하여 안정적인 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다.
도 5는 램프 전압(Vramp)의 기울기가 순차적으로 변경되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 감지 주기 인에이블 신호(Venable)가 하이레벨인구간에서 감지 신호(Vdetect)가 4번의 연속 펄스를 가지는 경우, 제1 출력단자(OUT1)는 하이레벨로 변경된다. 제1 출력단자(OUT1)가 하이레벨인 경우, 스위치(S1)가 턴오프되어 가변 저항(Rauto)의 저항 값이 R0+R1로 변경된다. 가변 저항(Rauto)이 R0에서 R0+R1으로 변경되면, 램프 전압(Vramp)의 기울기는 SL5에서 SL6(SL6<SL5)으로 변경된다. 감지 주기 인에이블 신호(Venable)의 다음 하이 레벨인 구간에서도 감지 신호(Vdetect)가 4번 연속 펄스를 가지는 경우 제2 출력단자(OUT2)가 하이레벨로 되며, 가변 저항(Rauto)의 저항 값이 R0+R1+R2로 변경된다. 그러면 램프 전압(Vramp)의 기울기는 SL6에서 SL7(SL7<SL6)로 변경된다. 또 다시 감지 주기 인에이블 신호(Venable)가 하이 레벨인 구간에서 감지 신호(Vetect)가 4번의 연속 펄스를 가지는 경우 제3 출력단자(OUT3)가 하이 상태로 된다. 제3 출력 단자(OUT3)이 하이 상태로 된 경우 가변 저항(Rauto)의 저항 값이 R0+R1+R2+R3으로 변경되며, 이를 통해 램프 전압(Vramp)의 기울기는 SL7에서 SL8(SL8<SL7)로 변경되며, 최종적으로 램프 전압(Vramp)이 기 설정된 기울기(SL8)로 회복되어 기준 전압(Vref)보다 낮은 구간이 없게 된다.
이와 같이 램프 전압(Vramp)의 기울기를 변경하여 인덕터(L1)에 충분한 에너지가 전달되고, 일정한 최대 전류 레벨을 유지하여 안정적인 출력 전압(Vout)이 획득된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 입력단의 에너지를 저장하여 출력단에 제공하는 인덕터;
    상기 인덕터와 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압과 상기 출력단의 출력 전압에 대응하는 제1 전압을 비교하여 상기 제1 스위치를 제어하며, 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 스위치 제어 회로를 포함하는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는 상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건의 경우 상기 램프 전압의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경하는 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는 상기 제1 조건이 적어도 2번 연속으로 발생하는 경우 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제1 기울기에서 상기 제2 기울기로 변경하는 컨버터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는 상기 램프 전압을 생성하는 램프 전압 발생기를 포함하며,
    상기 램프 전압 발생기는,
    전원에 일단이 연결되며 소정의 전압을 충전하고 있는 커패시터;
    상기 커패시터의 타단에 제 1단이 연결되는 제2 스위치;
    상기 제2 스위치의 제2 단와 그라운드 사이에 연결되는 가변 저항;
    상기 전류의 정보가 제1 입력단에 입력되고 제2 입력단은 상기 제2 스위치의 제2 단에 연결되며, 출력단이 상기 제2 스위치의 제어단자에 연결되는 차동 증폭기; 및
    상기 가변 저항의 저항 값을 변경하는 자동 저항 제어기를 포함하며,
    상기 커패시터의 타단의 전압이 상기 램프 전압인 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건의 경우, 상기 자동 저항 제어기는 상기 가변 저항의 저항 값을 증가시키도록 상기 가변 저항을 제어하는 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 저항은 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항을 포함하며,
    상기 램프 전압 발생기는 상기 제2 저항의 양단에 연결되는 제3 스위치를 더 포함하며
    상기 자동 저항 제어기는 상기 제1 조건의 경우 상기 제3 스위치를 턴오프 시키는 컨버터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자동 저항 제어기는,
    상기 제1 스위치의 제어단자에 입력되는 신호를 소정의 기간 딜레이 시키는 딜레이 발생기;
    상기 램프 전압과 상기 제1 기준 전압을 입력 받아 비교하는 비교기;
    상기 딜레이 발생기의 딜레이 신호 및 상기 비교기의 비교결과를 입력 받는 AND 게이트;
    제1 구간 동안 하이레벨을가지는 신호를 생성하는 감지 주기 발생기; 및
    상기 AND 게이트 및 상기 감지 주기 발생기의 출력을 입력 받으며, 상기 제1구간동안 상기 제1 조건이 만족되는 경우 상기 제3 스위치를 턴오프 시키는 신호를 출력하는 측정 데이터 발생기를 포함하는 컨버터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 램프 전압 발생기는
    상기 커패시터의 타단에 제1 단이 연결되고 제어단자와 제2 단이 서로 연결되어 있는 트랜지스터; 및
    상기 전원과 상기 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되는 제3 스위치를 더 포함하는 컨버터.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는
    상기 출력 전압과 제2 기준 전압간의 차이를 증폭하여 상기 제1 전압을 생성하는 오차 증폭기; 및
    상기 제1 전압과 상기 램프 전압을 비교하여 상기 제 1 스위치를 턴오프시키는 신호를 출력하는 PWM 제어기를 포함하는 컨버터.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 램프 전압의 기울기가 상기 제2 기울기로 변경된 후에도 상기 제1 조건을 만족하는 경우, 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제2 기울기에서 상기 제2 기울기보다 완만한 제3 기울기로 변경하는 컨버터.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터는 상기 입력단에 일단이 연결되는 제1 인덕터 및 상기 제1 인덕터의 타단에 제1 단이 연결되는 제2 인덕터를 포함하며,
    상기 컨버터는,
    상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제2 스위치; 및
    상기 제2 스위치에 일단이 연결되며 상기 그라운드에 타단이 연결되는 저항을 더 포함하며,
    상기 제1 스위치는 상기 제1 인덕터의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되며, 상기 저항의 일단의 전압이 상기 스위치 제어 회로에 입력되는 컨버터.
  12. 입력단에 일단이 연결되는 인덕터를 제공하는 단계;
    상기 인덕터의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되는 스위치를 제공하는 단계;
    출력단의 출력 전압에 대응하는 제1 전압을 발생시키는 단계;
    상기 제1 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압을 발생시키는 단계;
    상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계; 및
    상기 램프 전압과 상기 제1 전압을 비교하여 상기 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 컨버터의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계는,
    상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 조건을 만족하는 경우 상기 램프의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경하는 단계를 포함하는 컨버터의 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 단계는,
    상기 램프 전압의 기울기가 상기 제2 기울기로 변경된 후에도 상기 제1 조건을 만족하는 경우, 상기 램프 전압의 기울기를 상기 제2 기울기에서 상기 제2 기울기보다 완만한 제3 기울기로 변경하는 단계를 더 포함하는 컨버터의 구동 방법.
  15. 입력단에 제1 단이 연결되어 있는 인덕터 및 상기 인덕터와 접지 사이에 연결되어 있는 스위치를 포함하는 컨버터에서 상기 스위치를 제어하는 스위치 제어 회로에 있어서,
    상기 스위치를 통해 흐르는 전류에 대응하는 램프 전압을 생성하는 램프 전압 발생기; 및
    상기 컨버터의 출력 전압에 대응하는 제1 전압과 상기 램프 전압을 비교하여, 상기 제1 스위치를 턴오프시키는 신호를 생성하는 PWM 제어기를 포함하며,
    상기 램프 전압 발생기는 상기 램프 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 램프 전압의 기울기를 변경하는 스위치 제어 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 램프 전압 발생기는 상기 램프 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제1 조건인 경우 상기 램프 전압의 기울기를 제1 기울기에서 상기 제1 기울기보다 완만한 제2 기울기로 변경하는 스위치 제어 회로.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 램프 전압 발생기는,
    전원에 일단이 연결되며 소정의 전압을 충전하고 있는 커패시터;
    상기 커패시터의 타단에 제1 단가 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 제2 단과 그라운드 사이에 연결되는 가변 저항;
    상기 전류의 정보가 제1 입력단에 입력되고 제2 입력단은 상기 제1 스위치의 제2 단에 연결되며, 출력단이 상기 제2 스위치의 제어단자에 연결되는 차동 증폭기; 및
    상기 가변 저항의 저항 값을 변경하는 자동 저항 제어기를 포함하며,
    상기 커패시터의 타단의 전압이 상기 램프 전압인 스위치 제어 회로
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가변 저항은 서로 직렬로 연결된 복수의 저항을 포함하며,
    상기 램프 전압 발생기는 상기 복수의 저항 각각의 양단에 병렬로 연결되는 복수의 스위치를 더 포함하며,
    상기 자동 저항 제어기는 상기 제1 조건의 경우 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴오프시켜 상기 가변 저항의 값을 변경하는 스위치 제어 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자동 저항 제어기는,
    상기 스위치의 제어단자에 입력되는 신호를 소정의 기간 딜레이 시키는 딜레이 발생기;
    상기 램프 전압과 상기 제1 기준 전압을 입력 받아 비교하는 비교기;
    상기 딜레이 발생기의 딜레이 신호 및 상기 비교기의 비교결과를 입력 받는 AND 게이트;
    제1 구간 동안 하이레벨을 가지는 신호를 생성하는 감지 주기 발생기; 및
    상기 AND 게이트 및 상기 감지 주기 발생기의 출력을 입력 받으며, 상기 제1구간동안 상기 제1 조건이 만족되는 경우 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나 스위치를 턴오프 시키는 신호를 출력하는 측정 데이터 발생기를 포함하는 스위치 제어 회로.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 램프 전압 발생기는,
    상기 커패시터의 타단에 제1 단이 연결되고 제어단자와 제2 단이 서로 연결되어 있는 트랜지스터; 및
    상기 전원과 상기 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되는 제2 스위치를 더 포함하는 스위치 제어 회로.
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