KR20190035468A - 스위칭 회로 및 이를 이용한 스위칭 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원 및 부하 사이에 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부, 상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되는 전압분배기 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하고, 특정 시점에서 상시 전압분배기가 상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되도록 제어하는 제어부를 포함하는 스위칭 회로를 제공하고, 이를 이용한 스위칭 제어 방법을 제공함으로써, 전기/전자회로의 스위칭 모드 제어 방식에 있어서, 임펄스 노이즈를 제거하기 위한 별도의 필터나 과전류 방지회로를 사용하지 않고도 임펄스 노이즈나 과전류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

스위칭 회로 및 이를 이용한 스위칭 제어 방법{Switching Circuit and Switching Control Method Using the Same}

본 발명은 전기/전자 회로에 적용되는 스위칭 회로 및 이를 이용한 스위칭 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기/전자 회로에서 스위칭에 의해 발생하는 임펄스 노이즈나 과전류 발생과 같은 문제점을 제거시킬 수 있도록 한 스위칭 회로 및 이를 이용한 스위칭 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기/전자 회로에 있어서, 전류 혹은 전압을 제공하거나 차단하기 위하여 스위치가 사용된다. 즉, 회로의 구성요소간의 연결 혹은 차단을 위해 스위치가 사용되는데, 기계적인 장치를 이용하여 회로 구성요소간 연결 혹은 차단을 수행하는 스위치로부터 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용한 스위치 등 다양한 종류의 스위치가 필요한 용도에 맞게 사용되고 있다.

스위치의 스위칭 동작을 제어하는 것을 스위칭 제어라고 하는데, 특히, AC-DC 컨버터, DC-DC 컨버터, AC-AC 인버터, DC-AC 인버터 등에 스위칭 제어가 중요한 역할을 한다.

스위칭 동작은 전류 및/또는 전압의 갑작스런 공급 혹은 차단 동작을 의미하며, 회로에 급격한 상태의 변화를 주게 된다. 예를 들어, 전원과 부하 사이에 스위칭 오프 상태에 있던 스위치가 스위칭 온 동작을 수행하면, 과전류가 발생하거나 임펄스 노이즈가 발생하여 기기의 성능을 저하시키게 되며, 기기의 내구성을 저하시키거나, 심지어 기기가 파손될 수도 있는 문제점이 있다. 특히, 전원측에서 입력하는 전압이 높을수록 과전류나 임펄스 노이즈의 문제점이 증가하게 된다.

본 발명은 전기/전자 회로에 있어서 스위칭 제어시에 스위칭 온 동작에 의해 발생하는 임펄스 노이즈 및 과전류 발생을 방지할 수 있도록 한 스위칭 회로 및 이를 이용한 스위칭 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전원 및 부하 사이에 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되는 전압분배기 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하고, 특정 시점에서 상기 전압분배기가 상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되도록 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명은 전원과 부하사이에 스위칭을 수행하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 병렬로 연결되거나 분리되는 전압분배기를 포함하는 스위칭 회로의 스위칭 방법에 있어서, 스위칭부가 스위칭 오프 상태인 구간 동안 전압분배기가 스위칭부에 병렬로 연결되어 있는 단계 및 상기 스위칭부가 스위칭 온 동작을 수행하는 시점에서 상기 전압분배기가 상기 스위칭부로부터 전기적으로 분리되는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 전기회로의 스위칭 모드 제어 방식에 있어서, 임펄스 노이즈를 제거하기 위한 별도의 필터나 과전류 방지회로를 사용하지 않고도 임펄스 노이즈나 과전류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 회로를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배기를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부를 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어신호 파형을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

배터리 및 상용AC 전원으로부터 전원을 변환하여 부하에 입력하는 방식에는 선형제어 방식과 스위칭 모드 방식이 있다. 이중에서 스위칭 모드 방식은 선형제어 방식에 비해 효율성이 높고 내구성이 강하며 소형화 및 경량화가 가능하다는 장점이 있다.

이러한 스위칭 모드 제어 방식은 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 비롯하여 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation), 스위칭 벅 컨버터(Switching Buck Converter) 및 스위칭 부스트 컨버터(Switching Boost Converter) 등 다양한 전압 제어회로, AC-DC 변환회로 및 DC-AC 변환회로 등에 널리 사용되고 있다.

그러나, 스위칭 모드 제어방식은 스위치가 스위칭 온 동작을 수행할 때, 회로의 급격한 변화에 따라, 부하에 과전류 및 임펄스 노이즈가 발생한다는 문제점이 있다. 종래 기술에 따르면, 이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 임펄스 노이즈 제거 필터 혹은 과전류를 방지하기 위한 별도의 회로를 구비해야만 하는 문제점이 있었다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 회로를 나타낸 것이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 회로(13)는 전압분배기(14)와, 스위칭부(15)및 제어부(16)를 포함하여 이루어진다.

도 1 에 도시된 스위칭 회로에 있어서, 전압분배기(14)는 제어부(16)의 제어에 따라, 스위칭부(15)로부터 전기적으로 분리되거나, 혹은 스위칭부(15)에 병렬로 연결된다. 한편, 스위칭부(15)는 제어부(16)의 제어에 따라, 전원으로부터 공급되는 전력을 부하에 전달하거나 차단한다. 이때, 스위칭부(15)는 직류 또는 교류의 +전압과 -전압 모두에서 스위칭 온 동작 및 스위칭 오프 동작을 수행할 수 있는 스위칭 소자로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배기를 나타낸 것이다.

도 2 를 참조하면, 전압분배기(14)는 저항성소자(141)와 스위칭소자(142)를 포함하여 이루어진다.

도 2 에 도시된 전압분배기(14)에 있어서, 스위칭 소자(15)는 제어부(16)의 제어신호에 따라 회로를 온-오프 동작을 수행한다. 한편, 저항성소자(141)는 부하(12)의 저항값에 비해 매우 큰 저항값을 가지는 것이 바람직하다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부를 나타낸 것이다.

도 3 을 참조하면, 제어부(16)는 스위칭 제어모듈(161)과 전압분배부 제어모듈(162)을 포함하여 이루어진다.

도 3 에 도시된 제어부(16)에 있어서, 스위칭 제어모듈(161)은 스위칭부(15)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 것이며, 전압분배부 제어모듈(162)는 전압분배기(14)의 스위칭소자(142)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 것이다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어신호 파형을 나타낸 것이다.

도 4 를 참조하면, 제어부(16)는 스위칭부(15)와 전압분배기(14)에 상호 역상의 제어신호를 입력함으로써 스위칭부(15)와 스위칭소자(142)의 스위칭 동작을 제어한다.

이하에서는 본 발명에 따른 스위칭 회로의 동작을 설명한다.

도 4 에 도시된 바와 같이, T1 구간에서는 전압분배기(14)의 스위칭소자(142)가 스위칭 온 상태에 있고, 스위칭부(15)는 스위칭 오프 상태에 있다. 따라서, 전원(11)으로부터 입력되는 전압은 전압분배기(14)의 저항성소자(141)와 부하(12)에 걸리게 된다. 이때, 저항성소자(141)의 저항값이 부하(12)의 저항값에 비해 매우 크므로 대부분의 전압은 저항성소자(141)에 걸리게 되며, 저항성소자(141)의 큰 저항값으로 인해, 부하(12)에는 매우 작은 전류만이 흐르게 된다. 따라서, 스위칭 모드 제어에서 사실상 스위칭 오프 상태와 동일한 상태에 있게 된다.

제어부(16)의 제어에 따라, S1 시점에서 스위칭부(16)가 스위칭 온 동작을 수행하면, 전압분배기(14)의 스위칭소자(142)는 스위칭 오프 동작을 수행한다. 그러므로, T2 구간에서는 전압분배기(14)가 스위칭부(15) 및 부하(12)로부터 전기적으로 분리되며, 전원(12)으로부터 입력되는 전압은 모두 부하(12) 쪽에 걸리게 되므로, 스위칭 모드 제어에서 스위칭 온 상태에 있게 된다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 스위칭부(15)가 스위칭 온 동작을 시작 하더라도, 스위칭부(15)의 스위칭 온 동작 시작 시점에는 전원(11)으로부터 입력되는 대부분의 전압이 전압분배기(14)의 저항성소자(141)에 걸려 있으므로, 회로의 급격한 상태 변화를 회피할 수 있다.

즉, 전압분배기(14)로 인해, 스위칭부(15)의 스위칭 온 동작이 수행 되더라도 회로의 급격한 상태 변화가 없으므로, 이에 따른 임펄스 노이즈나 과전류의 문제가 발생하지 않는다.

도 4 에 도시된 바와 같이, S2 시점에서는, 제어부(16)의 제어에 따라, 온 상태에 있던 스위칭부(15)는 스위칭 오프 동작을 수행하고, 전압분배기(14)의 스위칭소자(142)는 스위칭 온 동작을 수행함으로써, 스위칭부(15)가 오프 상태인 T2 구간 전압분배기(14)가 부하에 연결되도록 한다.

11 : 전원 12 : 부하
13 : 스위칭 회로 14 : 전압분배기
15 : 스위칭부 16 : 제어부

Claims (4)

1. 전원 및 부하 사이에 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부;
   상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되는 전압분배기; 및
   상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하고, 특정 시점에서 상기 전압분배기가 상기 스위칭부에 전기적으로 연결되거나 분리되도록 제어하는 제어부
   를 포함하여 이루어지는 스위칭 회로
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압분배기는 상기 스위칭부에 병렬로 연결되거나 분리되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전압분배기는 저항성소자와 스위칭소자를 포함하여 이루어지되, 상기 저항성소자의 저항값은 부하에 비해 매우 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
4. 전원과 부하사이에 스위칭을 수행하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 병렬로 연결되거나 분리되는 전압분배기를 포함하는 스위칭 회로의 스위칭 제어 방법에 있어서,
   스위칭부가 스위칭 오프 상태인 구간 동안 전압분배기가 스위칭부에 병렬로 연결되어 있는 단계; 및
   상기 스위칭부가 스위칭 온 동작을 수행하는 시점에서 상기 전압분배기가 상기 스위칭부로부터 전기적으로 분리되는 단계
   를 포함하여 이루어지는 스위칭 제어 방법.

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