KR20240095458A - Dual-path active damper for resonant networks - Google Patents

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마티 페리
로버트 제이. 쉘러
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레이던 컴퍼니
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Abstract

이중-경로 능동 댐퍼(dual-path active damper)는 공진 회로(resonant circuit)들에서의 링잉 파형(ringing waveform)들을 댐핑(damping)하는 동시에 전력 손실들을 줄인다. 하나의 경로는 보호되는 장치(protected device)의 정격 전압(rated voltage) 미만(less than)에서 노드 전압(node voltage)의 피크 값을 클램핑(clamp)하는 동시에 상기 노드 전압이 자연스럽게 링잉(ring) 및 감쇠(decay)되도록 허용한다. 또 다른 경로는 상기 노드 전압의 링잉을 능동적으로 댐핑(dampen)하기 위해 RC 스너버(snubber)를 통해 리셋 전류(reset current)를 끌어(draw)오도록 능동 스위치(active switch)를 닫을(close) 때까지 상기 피크 값이 클램핑된 후 약간의 지연(delay)을 기다린다. 상기 능동 스위치의 지연 및 온-타임(on-time)은 지정된 기간 내에 상기 링잉 파형을 댐핑하기 위해 전력 손실들을 줄이거나 최소화하도록 설정된다.A dual-path active damper reduces power losses while damping ringing waveforms in resonant circuits. One path clamps the peak value of the node voltage at less than the rated voltage of the protected device, while allowing the node voltage to naturally ring and Allow to decay. Another path is when closing the active switch to draw a reset current through an RC snubber to actively dampen the ringing of the node voltage. After the peak value is clamped, wait for a slight delay. The delay and on-time of the active switch are set to reduce or minimize power losses to damp the ringing waveform within a specified period.

Description

공진 네트워크를 위한 이중-경로 능동 댐퍼Dual-path active damper for resonant networks

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications

본 출원은 2022년 1월 10일에 출원된, 미국 출원 일련 번호 17/572,607에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 이 출원은 2021년 12월 15일에 출원되고 “공진 네트워크를 위한 이중-경로 능동 댐퍼(Dual-Path Active Damper for a Resonant Network)"이라는 제목의 미국 임시 출원 번호 63/289,874에 대해 35 U.S.C. 119(e) 하에 우선권의 이익을 주장하며, 이의 전체 내용(contents)은 참조로 포함(incorporate)된다.This application claims the benefit of priority to U.S. Application Serial No. 17/572,607, filed on January 10, 2022, which was filed on December 15, 2021 and entitled “Dual-Path Active for Resonant Networks Claims the benefit of priority under 35 U.S.C. 119(e) for U.S. Provisional Application No. 63/289,874, entitled “Dual-Path Active Damper for a Resonant Network,” the entire contents of which are incorporated by reference ( incorporated).

발명의 분야field of invention

본 발명은 공진 회로(resonant circuits)의 댐핑(damping)에 관한 것으로, 보다 특히 링잉 파형들(ringing waveforms)을 댐핑하면서 전력 손실(power loss)을 줄이는 이중-경로 능동 댐퍼(active damper)에 관한 것이다.The present invention relates to damping of resonant circuits, and more particularly to a dual-path active damper that reduces power loss while damping ringing waveforms. .

전력 변환 전자 장치들(power conversion electronics)은 빠르게 변화하는 전압 파형들을 야기하는 상태들로 갑자기 변경시킬 수 있는 회로들을 포함한다. 이는 모스펫(MOSFET), SiC 및 GaN 반도체들을 기반으로 하는 고속 스위칭 소자(element)들을 사용하는 최신 전력 컨버터(power converter)들에 특히 널리 퍼져 있다. 높은 변화율의 전압(voltages)은 링잉 파형들을 야기하는 회로 소자들의 상호 연결들에 내재된 공진 회로들을 여기시킬 수 있다. 이러한 링잉 파형들은 회로 구성요소들(components)의 과전압 스트레스(over voltage stress), 과도한 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI) 및 전력 컨버터의 작동에 중요한 측정(measurement)들의 오염(corruption)을 야기할 수 있다.Power conversion electronics include circuits that can suddenly change states resulting in rapidly changing voltage waveforms. This is especially prevalent in modern power converters using high-speed switching elements based on MOSFET, SiC and GaN semiconductors. High rate of change voltages can excite resonant circuits inherent in the interconnections of circuit elements, causing ringing waveforms. These ringing waveforms can cause overvoltage stress on circuit components, excessive electromagnetic interference (EMI), and corruption of measurements critical to the operation of the power converter. .

도 1a 및 도 1b는 임의적인 댐핑으로 빠르게 상승하는 전압 파형(예: 강제 함수(forcing function)(Vs))에 의해 유도(drive)되는 공진 회로(100)(예: 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)(Cr)와 직렬-연결된 기생 저항(resistance)(Rr)과 병렬-연결된 기생 인덕턴스(inductance)(Lr))를 도시(show)한다. 강제 함수(Vs)(102)가 로우(low)에서 하이(high)로 전이(transition)되는 경우, 노드 전압(Vr)(104)은 Vr의 피크 진폭이 Vs의 피크 진폭(it)의 두 배이고 다음과 같은 공진 주파수를 갖는 곳에서(where) 야기한 공진 응답을 갖는다.1A and 1B show a resonant circuit 100 (e.g., parasitic capacitance) driven by a rapidly rising voltage waveform (e.g., forcing function (Vs)) with arbitrary damping. Shows the parasitic resistance (Rr) in series with Cr) and the parasitic inductance (Lr) in parallel. When the forcing function (Vs) 102 transitions from low to high, the node voltage (Vr) 104 is such that the peak amplitude of Vr is twice the peak amplitude of Vs (it). It has a resonance response caused by where the resonance frequency is as follows.

DC-DC 스위칭 전력 컨버터(switching power converter, SPC)는 에너지 저장 섹션(section), 펄스 폭 변조기(pulse width modulator, PWM)와 같은 스위칭 제어 회로, 1차(primary) 스위치, 및 정류기(rectifier)를 갖는다. 에너지 저장 섹션은 전류와 조정(regulate)된 DC 출력 전압을 생성하도록 DC 입력 전압의 선택적 인가(application)에 반응한다. 스위칭 제어 회로, 1차 스위치 및 정류기는 조정된 DC 출력 전압의 값을 설정하도록 에너지 저장 섹션으로의 DC 입력 전압의 인가를 제어한다. "벅(Buck)", "부스트(Boost)" 및 "벅/부스트"는 기본 SPC 토폴로지들(topologies)이며, 이는 "플라이백(Flyback)" 및 "포워드(Forward)" 토폴로지들을 제공하기 위해 격리될 수 있다. 이들은 단일 또는 더블-엔디드(double-ended) 및 단일 또는 더블 자기 코어일 수 있다.A DC-DC switching power converter (SPC) consists of an energy storage section, a switching control circuit such as a pulse width modulator (PWM), a primary switch, and a rectifier. have The energy storage section responds to selective application of DC input voltage to generate current and regulated DC output voltage. The switching control circuit, primary switch and rectifier control the application of the DC input voltage to the energy storage section to set the value of the regulated DC output voltage. “Buck”, “Boost” and “Buck/Boost” are the basic SPC topologies, which are isolated to provide “Flyback” and “Forward” topologies. It can be. These may be single or double-ended and single or double magnetic core.

도 2a 내지 도 2c에서 도시된 대로, 벅 컨버터(200)는 DC 전압 소스(source)(202), 인덕터(inductor)(L1) 및 커패시터(capacitor)(C1)를 포함하는 에너지 저장 섹션(204), 스위치들(S1 및 S2)을 포함하는 스위칭 회로(206) 및 스위치들을 제어하는 스위칭 제어 회로(미도시)를 포함한다. 스위치들(S1 및 S2)은 DC 전압 소스로부터의 노드(209)에서 구형파(square wave) 강제 함수를 생성하기 위해 반대로 스위칭한다. 구형파는 DC 출력 전압(Vout)을 생성하기 위해 소자(element)들(L1 및 C1)에 의해 필터링된다. 변환 함수는 다음을 산출(yield)하도록 소스 전압(Vg)이 곱해진 S1의 듀티 사이클(duty cycle)(D)에 관련된다.As shown in FIGS. 2A to 2C, the buck converter 200 has an energy storage section 204 including a DC voltage source 202, an inductor (L1), and a capacitor (C1). , a switching circuit 206 including switches S1 and S2 and a switching control circuit (not shown) that controls the switches. Switches S1 and S2 switch oppositely to generate a square wave forcing function at node 209 from a DC voltage source. The square wave is filtered by elements L1 and C1 to generate a DC output voltage (Vout). The conversion function is related to the duty cycle (D) of S1 multiplied by the source voltage (Vg) to yield:

실제 구현에서 스위칭 회로의 루프 영역(loop area)은 0이 아니며 기생 인덕턴스(Lr)가 발생(develop)한다. 추가적으로, 기생 커패시턴스(Cr)는 회로 소자들의 레이아웃과 스위치들(S1 및 S2)의 출력 커패시턴스(Coss)로 인해 존재한다. S2가 열리고(open) S1이 즉시 닫히는(close) 경우에 Vg에서의 스텝 전압(voltage step)(207)은 링잉(ring)하는 노드(209)에서 노드 전압(Vr)(208)을 야기하는 Lr에 걸려(across) 나타난다. 잘-설계된 컨버터에서의 링잉 주파수는 전력 컨버터의 작동 주파수보다 상당히 위에 있고 대략(on the order of) 30 내지 50MHz일 수 있다.In actual implementation, the loop area of the switching circuit is not 0 and a parasitic inductance (Lr) is developed. Additionally, parasitic capacitance (Cr) exists due to the layout of the circuit elements and the output capacitance (Coss) of the switches (S1 and S2). When S2 opens and S1 closes immediately, the voltage step 207 at Vg causes Lr to cause the node voltage Vr 208 at node 209 to ring. It appears across. The ringing frequency in a well-designed converter is well above the operating frequency of the power converter and can be on the order of 30 to 50 MHz.

노드 전압(Vr)은 인가된 DC 입력 전압(Vg)을 2 배로 링잉(ring)한다. 따라서 스위치들(S1 및 S1)은 이러한 인가된 전압 스트레스를 안정적으로 견디도록 정격 전압(voltage rating)(Vrated)을 가져야 한다. 반도체 스위치들은 일반적으로 정격 전압(voltage rating)들이 높을수록 레지스티브(resistive) 손실들이 높아지므로, 가장 낮은 손실들과 비용을 실현하기 위해 애플리케이션에 대해 가장 낮은 가능한 정격 전압(voltage rating)을 가진 스위치를 사용하는 것이 바람직하다. 추가적으로, 링잉 파형(ringing waveform)은 바람직하지 않은 고주파수 EMI를 생성할 것이다. 전력 컨버터에서의 링잉은 또한 제어된 작동을 중단(disrupt)시킬 수 있다. 예를 들어, 하나가 감지 수단(sensing mean)(미도시)들을 통해 인덕터 전류(L1)를 제어하는 것이면 감지는 링잉 파형의 댐프닝(dampening)이 수행되지 않는 한 S1이 온(on)(D 상태)한 시간 동안 링잉에 의해 부정적인 영향을 받을 것이다.The node voltage (Vr) rings twice the applied DC input voltage (Vg). Therefore, the switches S1 and S1 must have a voltage rating (Vrated) to stably withstand this applied voltage stress. Semiconductor switches generally have higher resistive losses at higher voltage ratings, so to achieve the lowest losses and cost, choose a switch with the lowest possible voltage rating for your application. It is desirable to use Additionally, a ringing waveform will generate undesirable high frequency EMI. Ringing in the power converter can also disrupt controlled operation. For example, if one is to control the inductor current (L1) through sensing means (not shown), sensing means that S1 is on (D) unless dampening of the ringing waveform is performed. status) will be negatively affected by ringing for an hour.

스너빙(snubbing) 소자는 공진 회로를 댐핑(dampen)시키기 위해 도입될 수 있다. 스너빙 소자는 공진 소자들에 저장된 에너지를 열로 컨버팅하는 이러한 방식으로 손실 소자를 삽입한다. 도 3에 도시된 대로, 도 2에 도시된 유형의 벅 컨버터(300)는 전형적으로 "RC 스너버(snubber)"라고 지칭되는 레지스터(Rsnub)와 커패시터(Csnub)로 구성된 간단한 스너빙 소자(302)가 제공된다. AC Csnub는 DC 손실들을 방지하기 위해 공진 전압 노드와 병렬로 레지스터(Rsnub)를 결합한다. 실제로 Csnub는 Cr보다 훨씬 더 클 것이고(일반적으로 2 내지 10배), 그리고 Rsnub는 전형적으로 공진 회로의 특성 임피던스와 동일하게 설정된다:A snubbing element may be introduced to dampen the resonant circuit. The snubbing element inserts a lossy element in this way to convert the energy stored in the resonant elements into heat. As shown in Figure 3, a buck converter 300 of the type shown in Figure 2 includes a simple snubbing element 302 consisting of a resistor (Rsnub) and a capacitor (Csnub), typically referred to as an "RC snubber". ) is provided. AC Csnub combines a resistor (Rsnub) in parallel with the resonant voltage node to prevent DC losses. In practice Csnub will be much larger than Cr (typically 2 to 10 times), and Rsnub is typically set equal to the characteristic impedance of the resonant circuit:

RC 스너버의 작동은 커패시터(Csnub)가 각 스위칭 사이클마다 충전 및 방전되도록 하므로 첫번째 순서에 이 회로 내 스너버 레지스터의 전력 손실은 간단히 다음이다:The operation of the RC snubber causes the capacitor (Csnub) to charge and discharge with each switching cycle, so the power dissipation of the snubber resistor in this circuit in the first order is simply:

간단한 RC 스너버는, 공진 회로 내 노드(306)에서 노드 전압(Vr)(304)의 링잉을 스너브하는 것(snubbing)에 효과적인 반면, 제한된 설계 변경(modification) 옵션들을 제공(offer)하며 손실 방정식이 인가된 전압(Vg)의 제곱을 기반으로 하기 때문에 상당한 손실을 야기할 수 있다.A simple RC snubber, while effective at snubbing the ringing of the node voltage (Vr) 304 at node 306 in the resonant circuit, offers limited design modification options and the loss equation Because this is based on the square of the applied voltage (Vg), it can cause significant losses.

능동 스너빙 기술들은 RC 스너버가 제어된 방식으로 공진 회로에 적용되도록 시간이 설정(time)된 능동 스위치를 도입하여 간단한 RC 스너빙의 제한들 중 일부에 대응할 수 있다. 도 4a 내지 4c에 도시된 대로, 도 2와 유사한 벅 컨버터(400)는 능동 스너버(snubber)(402)가 제공된다. 능동 스너버(402)는 능동 클램핑 기능(active clamping function)을 형성하기 위해 RC 스너버(406)(예를 들어 직렬 연결된 Rsnub 및 Csnub)와 직렬로 삽입된 능동 스위치(S3)(404)를 포함한다. 스위치(S3)는 노드(410)에서 노드 전압(Vr)(408)을 생성하는 S1이 닫힌 이후에 즉시 닫히고 S3은 S1이 열리기 전 어느 시점에 열린다. 스위치 패턴은 Csnub의 완전 방전(complete discharge)을 방지하므로 스너버 내 에너지는 스너버 커패시터의 델타 전압(예를 들어, Vr - Vg)으로 줄어든다. 손실은 전압의 제곱과 관련되기 때문에 능동 스너버에서의 손실들은 간단한 RC 스너버에 비해 크게 줄어들 수 있다.Active snubbing techniques can counter some of the limitations of simple RC snubbing by introducing a timed active switch such that the RC snubber is applied to the resonant circuit in a controlled manner. As shown in Figures 4A-4C, a buck converter 400 similar to Figure 2 is provided with an active snubber 402. The active snubber 402 includes an active switch (S3) 404 inserted in series with an RC snubber 406 (e.g. Rsnub and Csnub in series) to form an active clamping function. do. Switch S3 closes immediately after S1 closes, producing node voltage (Vr) 408 at node 410, and S3 opens at some point before S1 opens. The switch pattern prevents complete discharge of Csnub, so the energy in the snubber is reduced to the delta voltage of the snubber capacitor (e.g., Vr - Vg). Because losses are related to the square of the voltage, losses in an active snubber can be significantly reduced compared to a simple RC snubber.

다음은 본 발명의 일부 측면들에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위한 발명의 요약이다. 이 요약은 본 발명의 핵심(key) 또는 중요한(critical) 요소(element)들을 식별 또는 본 발명의 범위를 설명하는 것이 의도되지 않는다. 요약의(Its) 유일한 목적은 나중에 제시될 정의하는 청구범위들 및 보다 상세한 설명에 대한 서문(prelude)으로서 단순화된 형태로 본 발명의 일부 개념(concept)들을 제시하는 것이다.The following is a summary of the invention to provide a basic understanding of some aspects of the invention. This summary is not intended to identify key or critical elements of the invention or to delineate the scope of the invention. Its sole purpose is to present some concepts of the invention in a simplified form as a prelude to the more detailed description and defining claims that are presented later.

본 발명은 공진 회로(resonant circuit)들 내 링잉 파형(ringing waveform)들을 댐핑하면서 전력 손실들을 줄이는 이중-경로 능동 댐퍼(dual-path active damper)를 제공한다. 한 경로는 보호되는 장치(protected device)의 정격 전압(rated voltage) 미만(less than)에서 노드 전압의 피크 값을 클램핑하면서 상기 노드 전압을 자연스럽게 링잉 및 감쇠(decay)하도록 허용한다. 또 다른 경로는 상기 노드 전압의 링잉을 능동적으로 댐핑(dampen)하기 위해 RC 스너버(snubber)를 통해 리셋 전류(reset current)를 끌어(draw)오도록 능동 스위치(active switch)를 닫을(close) 때까지 상기 피크 값이 클램핑된 후 일정 기간 동안 기다린다. 상기 능동 스위치의 지연 및 온-타임(on-time)은 지정된 기간 내에 상기 링잉 파형을 댐핑하기 위해 전력 손실들을 줄이거나 최소화라도 하도록 설정된다.The present invention provides a dual-path active damper that reduces power losses while damping ringing waveforms in resonant circuits. One path allows the node voltage to naturally ring and decay while clamping its peak value at less than the rated voltage of the protected device. Another path is when closing the active switch to draw a reset current through an RC snubber to actively dampen the ringing of the node voltage. After the peak value is clamped, wait for a certain period of time. The delay and on-time of the active switch are set to reduce or minimize power losses to damp the ringing waveform within a specified period.

일 실시예에서, 이중-경로 능동 댐퍼는 노드에 결합된 공통 스너버 커패시터(Csnub), Csnub, 다이오드 및 클램프 전압을 포함하는 클램핑 경로(clamping path), 및 직렬 연결된 Csnub와 스너버 레지스터(Rsnub) 및 능동 스위치를 포함하는 댐핑 경로(damping path)를 포함한다. 공진 네트워크에 적용된 강제 함수의 각 포지티브 상태 변화(positive state change)에서, 노드 전압(Vr)은 정상-상태 값(Vss)으로부터 상기 클램핑 경로 내 상기 다이오드가 Vss + Vclamp(<Vrated)에서 상기 노드 전압(Vr)의 피크 전압을 클램핑하도록 Iclamp를 전도하는 지점에서 Vr+Vclamp를 초과할 때까지 증가한다. 각 포지티브 상태 변화로부터 지연 이후, 상기 능동 스위치는 상기 댐핑 경로가 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑하기 위해 RC 스너버를 통해 리셋 전류(Ireset)를 전도하도록 닫힌다. 상기 능동 스위치의 지연 및 닫힘(closing)은 상기 노드 전압의 피크 값을 클램핑한 후에 발생하며 적어도 상기 RC 스너버의 최소 리셋 기간 동안 닫힌 채(closed)로 유지한다.In one embodiment, a dual-path active damper includes a common snubber capacitor (Csnub) coupled to a node, a clamping path including Csnub, a diode, and a clamp voltage, and a snubber resistor (Rsnub) connected in series. and a damping path including an active switch. At each positive state change of the forcing function applied to the resonant network, the node voltage (Vr) changes from its steady-state value (Vss) to the diode in the clamping path at Vss + Vclamp (<Vrated). It increases until it exceeds Vr+Vclamp, at which point it conducts Iclamp to clamp the peak voltage of (Vr). After a delay from each positive state change, the active switch is closed such that the damping path conducts a reset current (Ireset) through the RC snubber to damp the ringing of the node voltage (Vr). The delay and closing of the active switch occurs after clamping the peak value of the node voltage and remains closed at least for the minimum reset period of the RC snubber.

다른 실시예들에서, 상기 능동 스위치는 강제 함수의 다음 네거티브(negative) 상태 변화 이전에 열리거나 상기 강제 함수의 다음 네거티브 상태 변화와 중첩하도록 닫힌 채로 유지한다.In other embodiments, the active switch opens prior to the next negative state change of the forcing function or remains closed to overlap the next negative state change of the forcing function.

다른 실시예들에서, 상기 능동 스위치의 "온-타임(on-time)"(닫힌 기간)(closed period)은 고정되거나 가변될 수 있다. 가변적이라면, 상기 온-타임은 상기 강제 함수에서의 변화들에 반응할 수 있다.In other embodiments, the “on-time” (closed period) of the active switch may be fixed or variable. If variable, the on-time may respond to changes in the forcing function.

실시예에서, 상기 댐핑 경로는 다이오드를 더 포함한다. 상기 댐핑 경로는 상기 다이오드의 네거티브 편위(negative excursions)에서만 직렬 연결된 RC 스너버와 상기 다이오드를 통해 상기 리셋 전류를 전도한다.In an embodiment, the damping path further includes a diode. The damping path conducts the reset current through the diode and a series-connected RC snubber only at negative excursions of the diode.

일 실시예에서, 스위칭된 전력 서플라이(switched power supply)(SPC)는 상기 강제 함수를 공급하고 상기 공진 네트워크를 정의한다. 상기 보호되는 장치는 전형적으로 상기 SPC 내 스위치이다.In one embodiment, a switched power supply (SPC) supplies the forcing function and defines the resonant network. The protected device is typically a switch within the SPC.

일 실시예에서, 시스템은 다른 장치들을 보호하기 위해 파형이 댐핑되어야 하는 것에서 다중(multiple) 다른 공진 네트워크들 또는 노드들을 포함한다.In one embodiment, the system includes multiple different resonant networks or nodes in which the waveform must be damped to protect other devices.

본 발명의 이들 및 다른 특징들 및 이점들은, 다음에서의, 첨부 도면들과 함께 취해진, 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자(those skilled in the art)에게 명백할 것이다.These and other features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the preferred embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings.

위에서 설명한 대로, 도 1a 및 도 1b는 임의적인 댐핑(damping)으로 빠르게 상승하는 전압을 생성하는 강제 함수(forcing function)를 조건으로(subject to) 한 기본적인 공진 회로를 예시한다.
위에서 설명한 대로, 도 2a 내지 도 2c는 링잉(ring)하고 자연적으로 댐핑(dampen)하는 노드 전압 및 강제 함수를 제공하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)의 사용을 예시한다.
위에서 설명한 대로, 도 3a 및 도 3b는 수동 RC 스너버 및 댐핑된 노드 전압을 가진 벅 컨버터를 예시한다.
위에서 설명한 대로, 도 4a 내지 도 4c는 능동 RC 스너버 및 댐핑된 노드 전압을 가진 벅 컨버터를 예시한다.
도 5는 한 경우에 노드 전압이 댐핑되도록 능동 스위치가 즉시 닫히는 것에서 그리고 또 다른 경우에 전력 손실이 줄어들도록 댐핑하기 전 노드 전압이 링잉하도록 허용하기 위해 능동 스위치가 지연되는 것에서의 능동 RC 스너버에 대한 스위칭 패턴 한 쌍을 예시한다;
도 6a 및 도 6b는 전력 손실을 최소화하기 위해 RC 스너버를 활성화하기 전에 노드 전압이 링잉하도록 허용하고 피크 노드 전압을 즉시 클램핑하는 이중-경로 능동 댐퍼를 가진 공진 회로의 실시예를 예시한다;
도 7a 및 도 7b는 전력 손실을 최소화하기 위해 댐핑하기 전에 노드 전압이 링잉하도록 허용하고 피크 노드 전압을 즉시 클램핑하는 이중-경로 능동 댐퍼를 가진 벅 컨버터의 실시예를 예시한다;
도 8a 및 도 8b는 능동 스위치의 지연 및 온-타임을 제어하기 위한 스위치 컨트롤러의 블록도 및 타이밍도이다.
도 9 및 10은 능동 스위치의 다른 구현들을 예시하는 이중-경로 능동 댐퍼를 가진 벅 컨버터의 실시예들이다; 그리고
도 11a 및 도 11b는 전력 손실을 최소화하기 위해 댐핑 전에 노드 전압이 링잉하도록 허용하고 피크 노드 전압을 즉시 클램핑하는 이중-경로 능동 댐퍼를 가진 플라이백(Flyback) 컨버터의 실시예를 예시한다.As described above, Figures 1A and 1B illustrate a basic resonant circuit subject to a forcing function that produces a rapidly rising voltage with arbitrary damping.
As described above, Figures 2A-2C illustrate the use of a buck converter to provide a ringing and naturally damping node voltage and forcing function.
As described above, Figures 3A and 3B illustrate a buck converter with a passive RC snubber and damped node voltage.
As described above, Figures 4A-4C illustrate a buck converter with an active RC snubber and damped node voltage.
Figure 5 shows an active RC snubber with, in one case, the active switch closing immediately to dampen the node voltage, and in another case, the active switch being delayed to allow the node voltage to ring before damping to reduce power losses. illustrates a pair of switching patterns for;
6A and 6B illustrate an embodiment of a resonant circuit with a dual-path active damper that immediately clamps the peak node voltage and allows the node voltage to ring before activating the RC snubber to minimize power loss;
7A and 7B illustrate an embodiment of a buck converter with a dual-path active damper that immediately clamps the peak node voltage and allows the node voltage to ring before damping to minimize power losses;
8A and 8B are a block diagram and timing diagram of a switch controller for controlling the delay and on-time of an active switch.
9 and 10 are embodiments of a buck converter with a dual-path active damper illustrating different implementations of an active switch; and
11A and 11B illustrate an embodiment of a flyback converter with a dual-path active damper that immediately clamps the peak node voltage and allows the node voltage to ring before damping to minimize power losses.

능동 스너버(active snubber)는 수동(passive) RC 스너버에 비해 손실들에서의 개선을 제공하는 반면에 피크 전압 클램핑 능력(peak voltage clamping capability)을 제공하면서 손실을 최적화하기 위한 능력(ability)을 제공하지는 않는다. 특히, 노드 전압(Vr)을 댐핑하기 전에 컨버터(converter)의 성능을 최적화하기 위해 피크 전압이 특정 레벨로 클램핑되는 한 설정된 간격 동안 노드 전압(Vr)의 링잉을 허용하는 능동 댐핑 기능을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 능동 스너버의 스위치 제어 및 토폴로지를 고려하면, 스너버에서의 손실들 대(vs.) Vr의 전압 편위(excursion)는 독립적으로 제어될 수 없다. 스위치(S3)는 열리(open)거나 닫힐(close) 수 있다. 따라서, 스너버 구성에서의 손실들은 Vr의 피크 전압의 제어를 비용으로 발생해야 한다.An active snubber provides an improvement in losses compared to a passive RC snubber while providing the ability to optimize losses while providing peak voltage clamping capability. It is not provided. In particular, it is desirable to have an active damping function that allows ringing of the node voltage (Vr) for a set interval as long as the peak voltage is clamped to a certain level to optimize the performance of the converter before damping the node voltage (Vr). can do. However, considering the switch control and topology of the active snubber, the losses in the snubber vs. the voltage excursion of Vr cannot be controlled independently. Switch S3 can be open or closed. Therefore, losses in the snubber configuration must come at the expense of controlling the peak voltage of Vr.

도 5에서 도시된 대로, S1을 닫은 직후에 능동 스너버에서의 능동 스위치(S3) 닫힘(closing)은 빠르게 댐핑(dampen)되는 노드 전압 Vr(500)을 생성한다. 능동 스위치(S3)의 닫힘이 지연되면, 노드 전압(Vr)(502)은 링잉하도록 허용되며, 이는 손실들을 최소화한다. 그러나, 노드 전압(Vr)의 피크 값(peak value)은 인가된 DC 입력 전압의 두 배까지 올라간다. 공진 회로의 피크 전압의 독립적인 제어로 제어된 댐핑 동작(action)을 제공하는 능동 스너버가 필요하다.As shown in Figure 5, closing the active switch (S3) in the active snubber immediately after closing S1 produces a node voltage Vr (500) that is quickly dampened. If the closing of active switch S3 is delayed, node voltage (Vr) 502 is allowed to ring, which minimizes losses. However, the peak value of the node voltage (Vr) rises to twice the applied DC input voltage. An active snubber is needed to provide controlled damping action with independent control of the peak voltage of the resonant circuit.

본 발명에 따르면, 이중-경로 능동 댐퍼는 공진 회로들에서의 링잉 파형들을 댐핑하면서 전력 손실들을 줄인다. 한 경로는 보호되는 장치(protected device)의 정격 전압(rated voltage) 미만(less than)에서 노드 전압의 피크 값을 클램핑하면서 노드 전압을 자연스럽게 링잉(ring)하고 감쇠(decay)하도록 허용한다. 또 다른 경로는 노드 전압의 링잉을 능동적으로 댐핑(dampen)하기 위해 RC 스너버(snubber)를 통해 리셋 전류(reset current)를 끌어(draw)오도록 능동 스위치(active switch)를 닫을(close) 때까지 피크 값이 클램핑된 후 약간의 지연을 기다린다. 클램핑 및 댐핑에 대해 다른 전압들을 사용하는 것은 스너버 전력 손실들에서의 상당한 감소를 허용한다. 능동 스위치의 지연 및 온-타임(on-time)은 지정된 기간 내에 상기 링잉 파형을 댐핑하기 위해 전력 손실들을 줄이거나 최소화라도 하도록 설정된다.According to the present invention, a dual-path active damper reduces power losses while damping ringing waveforms in resonant circuits. One path allows the node voltage to naturally ring and decay while clamping the peak value of the node voltage below the rated voltage of the protected device. Another path is to draw reset current through an RC snubber to actively dampen the ringing of the node voltage until the active switch closes. Wait for a small delay after the peak value is clamped. Using different voltages for clamping and damping allows significant reduction in snubber power losses. The delay and on-time of the active switch are set to reduce or minimize power losses to damp the ringing waveform within a specified period.

도 6a 및 6b에서 도시된 대로, 댐핑된 공진 회로(600)는 강제 함수(forcing function)의 소스(Vs)(602), 공진 회로(604) 및 공진 회로(604)의 노드(608)에 결합된 이중-경로 능동 댐퍼(606)를 포함한다. 소스(602)는 빠르게 변화하는 전압 파형들을 야기하는 상태들을 갑자기 변경하는 임의의 소스일 수 있다. SPC 토폴로지(topology)들 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 공진 회로(604)는 독립형 회로 또는 소스, 예를 들어, 임의의 유형의 SPC 내에 회로 및 노드일 수 있다. 파형이 링잉하고 댐핑(dampen)되어야 하는 것에서의 다중 노드들일 수 있다. 하나의 옵션은 노드를 댐핑(dampen)시키고 이로써 다른 다운스트림(downstream) 노드들을 댐핑(dampen)시키도록 이중-경로 능동 댐퍼(606)를 전략적으로 배치하는 것이다. 대안적으로, 다중 이중-경로 능동 댐퍼들(606)은 다른 노드들 및 공진 회로들에 결합될 수 있다.6A and 6B, the damped resonant circuit 600 is coupled to the source (Vs) of the forcing function 602, the resonant circuit 604, and the node 608 of the resonant circuit 604. Includes a dual-path active damper 606. Source 602 may be any source that suddenly changes states resulting in rapidly changing voltage waveforms. Any one of the SPC topologies may be used. Resonant circuit 604 may be a stand-alone circuit or source, for example, a circuit and node within any type of SPC. There may be multiple nodes in the waveform that are ringing and must be damped. One option is to strategically place dual-path active dampers 606 to dampen a node and thereby dampen other downstream nodes. Alternatively, multiple dual-path active dampers 606 may be coupled to other nodes and resonant circuits.

대부분의 공진 회로에서, 강제 함수의 포지티브 상태 변화(예를 들어 로우(low) 전압에서 하이(high) 전압으로)만이 댐핑(dampen)되어야 하는 링잉 파형을 생성한다. 전형적으로, 네거티브 상태 변화(negative state change)는 노드를 그라운드 포텐셜(ground potential) 또는 0볼트(Volts)에서 클램핑된 경우에 0볼트와 같은 네거티브 레일(negative rail)로 스위칭하는 것이다.In most resonant circuits, only positive state changes in the forcing function (e.g. from low to high voltage) produce a ringing waveform that must be damped. Typically, a negative state change is switching a node from ground potential or a negative rail equal to 0 Volts when clamped at 0 Volts.

이중-경로 능동 댐퍼(606)는 노드(608)에 결합된 공통 스너버 커패시터(Csnub)(610), 둘 다 공통 스너버 커패시터(Csnub)(610)를 포함하는 클램핑 경로(612) 및 댐핑 경로(614)를 포함한다. 클램핑 경로(612)는 직렬(in-series) Csnub(610), 스너버 다이오드(Dsnub)(616) 및 클램프 전압(Vclamp)(618)을 포함한다. Csnub은 대략 10배(10x) 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)이지만 피크 전압을 유지하고 전력 소실(dissipation)을 최소화하도록 사이징(size)된다. Vclamp는 특정 선택된 전압 또는 설계에서 편리한 전압일 수 있다. 예를 들어 Vclamp는 전력 컨버터(power converter) 또는 내부 또는 외부 바이어스 레일(bias rail)의 출력 전압일 수 있다. 댐핑 경로(614)는 직렬 RC 스너버를 형성하는, Csnub(610)와 Rsnub(620) 및 능동 스위치(S1)(622)를 포함한다. Rsnub는 RC 스너버의 시간 상수(time constant)가 아마 공진 네트워크 주기의 5 내지 10배이고 링이 1 사이클(cycle) 내지 2 사이클 내에 완전히 댐핑되도록 공진 네트워크(resonant network)의 특성 임피던스(characteristic impedance)와 동일하게 적절히 설정된다. 선택적으로, 댐핑 경로(614)는 다이오드를 포함하고 이로써 댐핑이 단지 정상-상태 값에 대한 노드 전압(Vr)의 네거티브 편위(negative excursions)에서 발생할 수 있다. 댐핑은 더 오래 걸리지만 손실들이 줄어든다.The dual-path active damper 606 includes a common snubber capacitor (Csnub) 610 coupled to node 608, a clamping path 612 and a damping path both including a common snubber capacitor (Csnub) 610. Includes (614). Clamping path 612 includes in-series Csnub 610, snubber diode (Dsnub) 616, and clamp voltage (Vclamp) 618. Csnub is approximately 10x the parasitic capacitance, but is sized to maintain peak voltage and minimize power dissipation. Vclamp can be a specific selected voltage or any voltage convenient to the design. For example, Vclamp could be the output voltage of a power converter or an internal or external bias rail. Damping path 614 includes Csnub (610) and Rsnub (620) and active switch (S1) 622, forming a series RC snubber. Rsnub is the characteristic impedance of the resonant network such that the time constant of the RC snubber is probably 5 to 10 times the period of the resonant network and the ring is fully damped within 1 to 2 cycles. The same is set appropriately. Optionally, damping path 614 includes a diode so that damping can only occur at negative excursions of the node voltage Vr relative to its steady-state value. Damping takes longer but losses are reduced.

강제 함수(Vs)의 각 포지티브 상태 변화에서, 노드 전압(Vr)(624)은 정상-상태 값(Vss)(예를 들어, Vs의 스위칭된 DC 값)으로부터 다이오드(616)가 Vss + Vclamp에서 노드 전압(Vr)의 피크 전압(625)을 클램핑하는 클램프 전류(Iclamp)를 전도하고 순방향 바이어스(bias)되는 지점에서 Vr+Vclamp를 초과할 때까지 증가한다. 링잉하는 대로 Vr의 자연적인 댐프닝(dampening) 특성들에 의존하여, 피크는 클램핑 경로가 스스로 오프(off)되는 지점에서 Vss + Vclamp보다 적게 감쇠할 때까지 한 번만 또는 여러 번 클램핑될 수 있다. 보호되는 장치에 대해 Vss + Vclamp <Vrated. Vclamp를 감소시키는 것은 더 낮은 전압 정격(voltage rated), 그러므로 더 적은 손실이 있는 장치들의 사용을 허용한다. Vclamp의 선택은 장치를 보호하는 것과 손실들을 최소화하는 것 사이에서 균형을 이룬다(trade-off).At each positive state change of the forcing function (Vs), the node voltage (Vr) 624 changes from the steady-state value (Vss) (e.g., the switched DC value of Vs) to the diode 616 at Vss + Vclamp. It conducts a clamp current (Iclamp) that clamps the peak voltage (625) of the node voltage (Vr) and increases until it exceeds Vr+Vclamp at the point where it is forward biased. Depending on the natural dampening properties of Vr as it rings, the peak can be clamped once or multiple times until it is attenuated to less than Vss + Vclamp, at which point the clamping path turns itself off. Vss + Vclamp <Vrated for the protected device. Reducing Vclamp allows the use of devices with lower voltage ratings and therefore less losses. The choice of Vclamp is a trade-off between protecting the device and minimizing losses.

각 포지티브 상태 변화로부터 시간 지연(626) 후에, 능동 스위치(S1)(622)는 리셋 전류(Ireset)를 전도하고 노드 전압(Vr)(624)의 링잉을 댐핑하도록 닫힌다. 시간 지연은 적어도 공진 회로의 대략 ¼ 사이클 또는 피크(625)를 지난다. 예를 들어, 시간 지연은 공진 회로의 2 사이클 내지 4 사이클일 수 있다. 지연은 손실들을 최소화하기 위해 강제 함수의 변화들에 기초하여, "고정된(fixed)" 또는 "가변적(variable)"일 수 있다. 예를 들어, 강제 함수의 변화(change)들은 로드(load)의 변화(change)들에 의해 유도(drive)될 수 있다. 능동 스위치(S1)의 지연 및 "온-타임"(닫힌 기간)(628)은 각 포지티브 상태 변화로부터 지정된 기간(630) 내에 정상-상태 값(Vss)에 도달하는 노드 전압(Vr)을 조건으로(subject to) 전력 손실들을 줄이고 바람직하게 최소화하도록 설정된다. 일반적으로, 손실들을 최소화하기 위해 댐핑하기 전에 가능한 한 오랫동안 지연한다. 온-타임은 적어도 RC 스너버의 최소 리셋 기간이다. 전형적으로, 강제 함수의 다음 네거티브 상태 변화 이전에 지정된 기간이 끝나고 능동 스위치(S1)가 열린다. 그러나, 특정 경우들에서, 온-타임은 연장하고 Csnub가 방전하도록 유발하는 다음 네거티브 상태 변화를 중첩할 것이다. 이는 Cnsub가 각 사이클마다 충전되어야 하기 때문에 Csnub을 완전히 또는 부분적으로 방전하고 따라서 보호되는 장치 상에 유효(effective) 피크 노드 전압을 더 낮추기 위해 입력 전압이 비정상적으로 하이(high)인 경우에 발생할 수 있다. 이는 손실들이 증가할 것이지만 비정상적인 조건은 전형적으로 드물고 짧으므로, 입력 전압이 입력 전압의(its) 정상 값으로 돌아올 때까지 장치를 보호하도록 잘 균형을 이룰 수 있다.After a time delay 626 from each positive state change, the active switch (S1) 622 is closed to conduct reset current (Ireset) and dampen the ringing of the node voltage (Vr) 624. The time delay lasts at least approximately ¼ cycle or peak 625 of the resonant circuit. For example, the time delay may be 2 to 4 cycles of the resonant circuit. The delay may be “fixed” or “variable,” based on changes in the forcing function to minimize losses. For example, changes in the forcing function may be driven by changes in load. The delay and “on-time” (closed period) 628 of active switch S1 is conditioned on the node voltage Vr reaching the steady-state value Vss within a specified period 630 from each positive state change. (subject to) is set to reduce and preferably minimize power losses. In general, delay as long as possible before damping to minimize losses. On-time is at least the minimum reset period of the RC snubber. Typically, the active switch (S1) is opened at the end of a specified period before the next negative state change of the forcing function. However, in certain cases, the on-time will extend and superimpose the next negative state change causing Csnub to discharge. This can occur if the input voltage is unusually high to fully or partially discharge Csnub since Cnsub must be charged with each cycle, thus lowering the effective peak node voltage on the protected device. . This will increase the losses, but since abnormal conditions are typically rare and brief, it can be a good balance to protect the device until the input voltage returns to its normal value.

도 7a 및 도 7b에서 도시된 대로, 벅 컨버터(700)는 이중-경로 능동 댐퍼(702)가 제공된다. 벅 컨버터(700)는 전압(Vg)을 공급하는 DC 전압 소스(source)(704), 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)를 포함하는 에너지 저장 섹션(section)(706), 스위치들(S1 및 S2)을 포함하는 스위칭 회로(708) 및 스위치들을 제어하는 스위칭 제어 회로(미도시)를 포함한다. 스위치들(S1 및 S2)은 DC 전압 소스로부터 노드(710)에서 구형파 강제 함수(square wave forcing function)를 생성하기 위해 반대로 스위칭한다. 구형파는 DC 출력 전압(Vout)을 생성하도록 소자들(L1 및 C1)에 의해 필터링된다. 벅 컨버터의 기생 인덕턴스(Lr)과 기생 커패시턴스(Cr)는 공진 네트워크(712)를 정의한다. S2가 열리고 S1이 즉시 닫히는 경우에 노드(710)에서 노드 전압(Vr)(714)을 생성하는 스텝 전압은 생성된다. 제어되지 않은 상태로 두면, 노드 전압(Vr)은 인가된 DC 입력 전압(Vg)의 두 배까지 링잉할 것이다. 따라서, 스위치(S2)는 정격 전압(rating voltage)(Vrated >2*Vg)이 필요할 것이며, 이는 일반적으로 바람직하지 않다.As shown in FIGS. 7A and 7B, buck converter 700 is provided with a dual-path active damper 702. The buck converter 700 includes a DC voltage source 704 that supplies a voltage (Vg), an energy storage section 706 including an inductor (L1) and a capacitor (C1), switches (S1 and It includes a switching circuit 708 including (S2) and a switching control circuit (not shown) that controls the switches. Switches S1 and S2 switch oppositely to generate a square wave forcing function at node 710 from a DC voltage source. The square wave is filtered by elements L1 and C1 to produce a DC output voltage (Vout). The parasitic inductance (Lr) and parasitic capacitance (Cr) of the buck converter define the resonant network 712. When S2 opens and S1 immediately closes, a step voltage is generated at node 710 that produces a node voltage (Vr) 714. If left uncontrolled, the node voltage (Vr) will ring up to twice the applied DC input voltage (Vg). Therefore, switch S2 will require a rating voltage (Vrated >2*Vg), which is generally undesirable.

대신 이중-경로 능동 댐퍼(702)는 Vr의 피크를 Vr의 피크 편위를 제한하는 Vg + Vout(이 실시예에서 Vclamp는 Vout임)으로 클램핑하고 Vr이 강제 함수의 약 3사이클들 동안 자연스럽게 댐핑되고 링잉하도록 허용한다. 능동 스위치(S3)는 가장 낮은 손실 댐핑을 달성하기 위해 지연된다. 따라서 이중-경로 능동 댐퍼는 댐핑의 독립적인 제어 및 손실들을 최소화하고 장치(이 경우에 스위치(S2))를 보호하는 피크 전압 제어를 허용한다.Instead, the dual-path active damper 702 clamps the peak of Vr to Vg + Vout (in this embodiment, Vclamp is Vout), which limits the peak excursion of Vr and causes Vr to be naturally damped for about 3 cycles of the forcing function. Allow ringing. The active switch (S3) is delayed to achieve the lowest loss damping. The dual-path active damper thus allows independent control of damping and peak voltage control that minimizes losses and protects the device (in this case switch S2).

도 7b에서 도시된 대로, 노드 전압(Vr)(714)은 링잉하기 위해 허용된, 지정된 피크 값에서 클램핑되고 그런 다음 지정된 기간 내에 정상-상태 값(Vss = Vg)으로 댐핑된다. 도 3a내지 도 3b에서 묘사된 유형의 수동 RC 스너버(passive RC snubber)에 대한 노드 전압(Vr)(720)은 더 높은 피크 값으로 증가시키고 그런 다음 정상-상태 값으로 빠르게 댐핑된다. 도 4a 내지 도 4 c에서 묘사된 유형의 능동 Rc 스너버에 대한 노드 전압(Vr)(722)은 정상-상태 값으로 빠르게 댐핑된다. 능동 스위치(S3)는 스위치(S1)의 포지티브 상태 변화(726)를 따라 즉시 닫힌다(724). 노드 전압(Vr)(714)의 클램핑된 피크 값은 실제로 수동 또는 능동 스너버들에 대한 피크 값들보다 상당히 더 높으며, 이는 이중-경로 능동 스너버에서의 손실들을 더욱 줄인다. 능동 스위치(S3)는 포지티브 상태 변화(726)로부터 지정된 지연(730) 후에 닫힌다(728). 이중-경로 능동 스너버는 노드 전압(Vr)이 더 높은 값으로 오르고 일정 기간(a period of time) 동안(피크 전압 <Vrated를 클램핑하는 동안에) 링잉하도록 허용한다. 이중-경로 능동 스너버에 대한 델타(delta)(V)는 알려진 능동 스너버에 대한 델타 V보다 적다. 결과적으로, Vr을 댐핑시키기 위해 필요한 총 전력 손실은 수동 또는 능동 RC 스너버들보다 상당히 적다. 주어진 경우에 대해, 상대적인 전력 손실들은 회로 토폴로지(circuit topology), 공진 네트워크, 로드 및 강제 함수에 크게 의존한다. 그렇긴 하지만, 하나는 능동 스너버의 전력 손실들의 1/4 내지 1/3일 이중-경로 능동 스너버의 전력 손실들을 예상할 수 있다.As shown in FIG. 7B, the node voltage (Vr) 714 is clamped at a specified peak value, allowed for ringing, and then damped to the steady-state value (Vss = Vg) within a specified period of time. The node voltage (Vr) 720 for a passive RC snubber of the type depicted in FIGS. 3A-3B increases to a higher peak value and then quickly damps to a steady-state value. The node voltage (Vr) 722 for an active Rc snubber of the type depicted in FIGS. 4A-4C is quickly damped to its steady-state value. Active switch S3 closes (724) immediately following a positive state change (726) of switch S1. The clamped peak value of node voltage (Vr) 714 is actually significantly higher than the peak values for passive or active snubbers, which further reduces losses in a dual-path active snubber. Active switch S3 is closed (728) after a specified delay (730) from a positive state change (726). A dual-path active snubber allows the node voltage (Vr) to rise to a higher value and ring for a period of time (while clamping the peak voltage <Vrated). The delta (V) for a dual-path active snubber is less than the delta V for known active snubbers. As a result, the total power loss required to damp Vr is significantly less than with passive or active RC snubbers. For a given case, the relative power losses are highly dependent on the circuit topology, resonant network, load and forcing functions. That said, one can expect the power losses of a dual-path active snubber to be 1/4 to 1/3 the power losses of an active snubber.

예시의 목적으로, 강제 함수의 사이클과 이중-경로 능동 스너버의 응답을 살펴본다. 회로가 네거티브 상태(S1 열림(OPEN), S2 닫힘(CLOSED), S3 열림(OPEN))에 있고 노드 전압(Vr)이 0 볼트(volts)의 그라운드 포텐셜(ground potential)에 있는 정상-상태(steady-state) 상태에 도달함을 가정한다. 전압(VCsnub)은 Vg에 있다. Csnub, Rsnub 및 Dsnub의 정션(junction)에서의 전압은 -Vg이다.For illustration purposes, we look at the cycle of the forcing function and the response of a dual-path active snubber. Steady-state where the circuit is in the negative state (S1 OPEN, S2 CLOSED, S3 OPEN) and the node voltage (Vr) is at a ground potential of 0 volts. -state) is assumed to be reached. The voltage (VCsnub) is at Vg. The voltage at the junction of Csnub, Rsnub, and Dsnub is -Vg.

강제 함수에서 포지티브 상태 변화를 생성하도록 S2는 열리고(OPEN), S1은 닫힌다(CLOSE). Lr 및 Cr의 공진 회로는 공진(resonating)을 시작하고 Vr은 0V에서 시작한 다음 다이오드(Dsnub)가 순방향 바이어스(forward bias)되는 경우에 클램핑 경로를 활성화하는 2*Vg를 향해 공진한다. Vr(>Vg + Vout임을 가정함)의 첫 번째 피크는 클램핑된다. 추가적인 피크들은 노드 전압(Vr)의 자연 댐프닝(dampening), Vclamp 및 강제 함수에 의존하여 클램핑되거나 클램핑되지 않을 수 있다.S2 opens (OPEN) and S1 closes (CLOSE) to produce a positive state change in the forcing function. The resonant circuit of Lr and Cr starts resonating and Vr starts at 0V and then resonates towards 2*Vg which activates the clamping path when the diode (Dsnub) is forward biased. The first peak of Vr (assuming >Vg + Vout) is clamped. Additional peaks may or may not be clamped depending on the natural dampening of the node voltage (Vr), Vclamp and the forcing function.

지연 이후 Vg와 같게 노드 전압(Vr)을 댐핑(dampen)하기 위해 Csnub 및 Rsnub를 통해 리셋 전류(reset current)를 끌어(draw)오도록 댐핑 경로를 활성화하는 S3을 닫는다(CLOSE). 댐핑 경로는 클램핑 경로에 의해 Csnub에 가해진(put on) 추가적인 전하의 전부를 끌어오고 Rsnub에서 전하(it)를 소멸(dissipate)시킨다. VRsnub은 Vr(현재 Vg)과 VCsnub 간의 차이이고, 이는 정상-상태에서 0이다. 해당 "델타(delta)"는 알려진 능동 스너버에 대해 해당하는 델타보다 적고 전력 손실들을 나타낸다. 정상-스테이지에서, Vr = Vg, VCsnub = Vg, VRsnub = 0이고 리셋 전류는 0이며 S3은 열린(OPEN)다.After the delay, close S3, which activates the damping path to draw a reset current through Csnub and Rsnub to dampen the node voltage (Vr) equal to Vg. The damping path draws all of the additional charge put on Csnub by the clamping path and dissipates the charge (it) from Rsnub. VRsnub is the difference between Vr (currently Vg) and VCsnub, which is 0 in steady-state. The "delta" represents power losses less than the corresponding delta for a known active snubber. In normal-stage, Vr = Vg, VCsnub = Vg, VRsnub = 0, reset current is 0, and S3 is OPEN.

강제 함수의 다음 네거티브 상태 변화에서, Vr을 0 전압(voltage)의 그라운드 포텐셜(ground potential)로 유도(drive)하는 S2을 닫고(CLOSE) S1을 연다(OPEN)(S3은 계속 열려 있음). VCsnub은 +Vg에서 충전된 상태를 유지한다. 다음 포지티브 상태 변화에서, 프로세스는 반복된다.At the next negative state transition of the forcing function, S2 is CLOSE and S1 is OPEN (S3 remains open) driving Vr to the ground potential of zero voltage. VCsnub remains charged at +Vg. At the next positive state change, the process repeats.

이제 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 스위치 컨트롤러(800)의 실시예는 포지티브 상태 변화 명령(803)을 수신하는 지연(802), 타이머(804) 및 이중-경로 능동 스너버에서 능동 스위치를 구동하기 위한 명령(806)을 생성하는 스위치 드라이버(806)를 포함한다. 포지티브 상태 변화 명령(803)은 강제 함수의 포지티브 상태 변화에 기초한 스위치 컨트롤러(예를 들어, SPC)에 대한 능동 입력이다. 명령은 강제 함수를 유도하는 클로킹(clocking) 신호 또는 노드 전압(Vr)의 상승 에지(rising edge)의 함수일 수 있다.Referring now to FIGS. 8A and 8B, an embodiment of the switch controller 800 operates an active switch in a delay 802, a timer 804, and a dual-path active snubber that receives a positive state change command 803. It includes a switch driver 806 that generates a command 806 to do this. Positive state change command 803 is an active input to a switch controller (e.g., SPC) based on a positive state change of the forcing function. The command may be a function of a clocking signal or a rising edge of the node voltage (Vr) that drives the forcing function.

T1은 명령 신호의 시간과 같다.T1 is equal to the time of the command signal.

T_지연(delay)은 명령 신호로부터의 타임 오프셋(time offset)이며 지연 조정의 함수이다.T_delay is the time offset from the command signal and is a function of delay adjustment.

지연 조정은 컨버터의 작동 지점(즉 입력 전압, 출력 전압, 출력 전력)의 함수일 수 있는 지연의 양을 제어한다.Delay adjustment controls the amount of delay, which can be a function of the converter's operating point (i.e. input voltage, output voltage, output power).

T_타이머(timer)는 능동 스위치에 명령이 내려진 시간이며 타이머 조정의 함수이다.T_Timer is the time when a command is given to the active switch and is a function of timer adjustment.

타이머 조정은 능동 스위치의 시간을 제어하며 컨버터의 작동 지점(즉 입력 전압, 출력 전압, 출력 전력)의 함수일 수 있다.The timer adjustment controls the timing of the active switch and can be a function of the converter's operating point (i.e. input voltage, output voltage, and output power).

T_타이머(timer)는 컨버터의 작동 지점(즉 입력 전압, 출력 전압, 출력 전력)에 기초하여 T1보다 적거나 더 클 수 있다.T_timer can be less or more than T1 based on the operating point of the converter (i.e. input voltage, output voltage, output power).

고정되든 가변적이든, T_지연(delay) 및 T_타이머(timer)는 댐프닝(dampening)으로 전력 손실들을 줄이거나, 최소화하도록 설정된다.Whether fixed or variable, T_delay and T_timer are set to reduce or minimize power losses by dampening.

이중-경로 능동 댐퍼는 리셋 경로 또는 클램프 경로에서의 능동 스위치 및 고유한 역-병렬 전도 소자들을 갖는 모스펫(MOSFET)들 또는 GaN FET들과 같은 비-이상적인 스위치들로(with) 구현될 수 있다. 도 9에서 도시된 대로, 댐핑된 벅 컨버터(900)에서, 이중-경로 능동 댐퍼의 능동 스위치(S3)는 S3이 오프(off)되는 경우에 클램핑 경로 연결(connectivity)을 제공하도록 N 채널 MOSFET의 역병렬 고유 바디 다이오드 또는 GaN FET의 역 채널 전도 모드를 활용하고 클램핑 및 댐핑 경로들 모두에 있는 N 채널 모스펫(MOSFET) 또는 GaN 스위치(902)로 구현된다. 댐핑 경로는 클램핑 간격 동안 클램핑 전류가 Rsnub를 통해 흐르는 것을 방지하기 위해 블로킹(blocking) 다이오드(D2)(904)를 필요로 한다. 다이오드 D2는 노드 전압(Vr)의 네거티브 편위로의 댐핑을 제한한다. 도 10에서 도시된 대로, 댐핑된 벅 컨버터(1000)에서, 능동 스위치 S3은 댐핑 경로에만 배치된 P 채널 모스펫(MOSFET)(1002)으로 구현된다. P 채널 장치의 역-병렬 바디 다이오드 극성(polarity)으로 인해 D2(1004)는 클램핑 간격 동안 클램핑 전류가 Rsnub에 흐르는 것을 방지한다. D2는 클램핑 경로의 적절한 작동을 위해 요구되며 또한 Vg 아래의 노드 전압 Vr의 네거티브 편위로 댐핑을 제한한다. 이는 Vr을 댐핑시키기 위해 필요한 온-타임의 양을 증가시키지만 손실들을 줄인다.A dual-path active damper can be implemented with an active switch in the reset path or clamp path and non-ideal switches such as MOSFETs or GaN FETs with intrinsic anti-parallel conducting elements. As shown in Figure 9, in the damped buck converter 900, the active switch S3 of the dual-path active damper switches on the N-channel MOSFET to provide clamping path connectivity when S3 is off. It utilizes the anti-parallel intrinsic body diode or reverse channel conduction mode of the GaN FET and is implemented with an N-channel MOSFET or GaN switch 902 in both clamping and damping paths. The damping path requires a blocking diode (D2) 904 to prevent clamping current from flowing through Rsnub during the clamping interval. Diode D2 limits damping to the negative excursion of the node voltage (Vr). As shown in Figure 10, in the damped buck converter 1000, the active switch S3 is implemented with a P-channel MOSFET 1002 placed only in the damping path. Due to the anti-parallel body diode polarity of the P-channel device, D2 (1004) prevents clamping current from flowing into Rsnub during the clamping interval. D2 is required for proper operation of the clamping path and also limits damping to the negative excursion of the node voltage Vr below Vg. This increases the amount of on-time needed to damp Vr but reduces losses.

실시예들 둘 다에서, Rsnub로 제공되는(serve as) 온-상태 레지스턴스(resistance)(Rds_on)를 갖는 모스펫(MOSFET) 또는 GaN 스위치가 선택될 수 있다. 따라서 Rsnub는 능동 스위치에 포함(incorporate)된다. 보다 일반적으로, Rsnub는 개별 레지스티브(resistive) 소자 또는 능동 스위치의 온-상태 레지스턴스일 수 있다.In both embodiments, a MOSFET or GaN switch may be selected with the on-state resistance (Rds_on) served as Rsnub. Therefore, Rsnub is incorporated into the active switch. More generally, Rsnub can be the on-state resistance of an individual resistive device or active switch.

이중 경로 능동 댐퍼는 알려진 수동 및 능동 스너버들과의 비교를 위한 예로서 벅 컨버터로 예시된다. 이는 임의의 공진 네트워크를 클램핑하고 댐핑하기 위해 적용될 수 있다.The dual path active damper is illustrated as a buck converter as an example for comparison with known passive and active snubbers. This can be applied to clamp and damp any resonant network.

도 11a에서 도시된 대로, 플라이백 컨버터(Flyback converter)(1100)는 1차(primary) 스위치(S1)의 상단(top)에서의 노드(1106)와 출력 정류기(rectifier)(D1)의 상단에서의 노드(1108)에서 도 10에 구현된 대로 한 쌍의 이중-경로 능동 댐퍼(1102 및 1104)로 제공된다. 대안적으로, 댐핑은 단지 1차 또는 단지 2차(secondary)에 제공될 수 있다. 플라이백 컨버터(1100)는 DC 전압 소스(1110), 트랜스포머(transformer)(T1), 1차 스위치(S1), 정류기(D1) 및 출력 커패시터(C1)를 포함한다. 1차 공진 네트워크는 트랜스포머(T1)의 누설 인덕턴스(Lk) 및 스위치(S1)의 출력 커패시턴스(Coss)를 포함한다. 2차 공진 네트워크는 (트랜스포머(T1)를 통해 반사된) 누설 인덕턴스(Lk) 및 정류기 기생 커패시턴스(CD1)를 포함한다.As shown in FIG. 11A, the flyback converter 1100 is connected to a node 1106 at the top of the primary switch S1 and at the top of the output rectifier D1. At node 1108 of is provided a pair of dual-path active dampers 1102 and 1104 as implemented in FIG. 10 . Alternatively, damping may be provided only on the primary or only on the secondary. The flyback converter 1100 includes a DC voltage source 1110, a transformer (T1), a primary switch (S1), a rectifier (D1), and an output capacitor (C1). The primary resonant network includes the leakage inductance (Lk) of the transformer (T1) and the output capacitance (Coss) of the switch (S1). The secondary resonant network includes leakage inductance (Lk) (reflected through transformer (T1)) and rectifier parasitic capacitance (CD1).

1차에 대해, 이중-경로 능동 댐퍼(1102)는 공통 스너버 커패시터(Csnub2), Csnub2, 다이오드(Dsnub2) 및 (임의의 다른 전압일 수 있지만 Vg가 편리하며 에너지를 Vg로 다시 재활용한) Vg로 도시된 클램프 전압을 포함하는 클램핑 경로, 및 Csnub2, Rsnub2, 능동 스위치(S4)(P 채널 모스펫(MOSFET)) 및 다이오드(D3)을 포함하는 댐핑 경로를 포함하고, 이는 P 채널 모스펫(MOSFET)을 가진 클램핑 경로의 적절한 작동에 필요하며 노드(1106)에서 Vr2의 네거티브 편위로 댐핑을 제한한다. 플라이백의 1차 상에서의 클램프는 트랜스포머의 자화(magnetizing) 전류가 1사분면에 머무르도록 허용하는 능동 클램핑 함수를 제공하기 때문에 수동 정류기(또는 다이오드를 에뮬레이트(emulate)하는 능동 정류기)로 작동하는 플라이백 컨버터들에 특히 관심(interest)이 있다. 이는 이전 기술의 능동 클램프로 가능하지 않은 강제 불연속 모드에서 컨버터를 유지함으로써 전력을 줄이는 것에 유용하다.For the primary, the dual-path active damper 1102 consists of a common snubber capacitor (Csnub2), Csnub2, a diode (Dsnub2), and Vg (which can be any other voltage, but Vg is convenient, recycling the energy back to Vg). a clamping path including the clamp voltage shown as , and a damping path including Csnub2, Rsnub2, an active switch (S4) (P-channel MOSFET), and a diode (D3), which is a P-channel MOSFET. is necessary for proper operation of the clamping path with and limits the damping to the negative excursion of Vr2 at node 1106. The flyback operates as a passive rectifier (or an active rectifier that emulates a diode) because the clamp on the primary phase of the flyback provides an active clamping function that allows the transformer's magnetizing current to remain in the first quadrant. Converters are of particular interest. This is useful for reducing power by keeping the converter in a forced discontinuous mode, which was not possible with the active clamps of previous technologies.

2차에 대해, 이중-경로 능동 댐퍼(1104)는 공통 스너버 커패시터(Csnub1), Csnub1, 다이오드(Dsnub1) 및 (임의의 다른 전압일 수 있지만 다시 편리한) Vout으로 도시된 클램프 전압을 포함하는 클램핑 경로 및 Csnub1, Rsnub1, 능동 스위치(S3)(P 채널 모스펫(MOSFET)) 및 다이오드(D2)를 포함하는 댐핑 경로를 포함하고, 이는 P 채널 모스펫(MOSFET)으로 클램핑 경로의 적절한 작동에 필요하며 노드(1108)에서 Vr1의 네거티브 편위에 대해 댐핑을 제한한다.For the secondary, the dual-path active damper 1104 is a clamping circuit comprising a common snubber capacitor (Csnub1), Csnub1, a diode (Dsnub1), and a clamp voltage shown as Vout (which can be any other voltage, but is again convenient). path and a damping path including Csnub1, Rsnub1, active switch (S3) (P-channel MOSFET), and diode (D2), which are required for proper operation of the clamping path with the P-channel MOSFET and node At (1108) we limit the damping to the negative excursion of Vr1.

플라이백 컨버터에서, 스위치(S1)가 닫히는 경우, 트랜스포머(T1)는 정류기(D1)에 걸리는(across) (T1에 걸리는 유니티 권선비(unity turns ratio)를 가정한) 전압(Vg + Vout)을 인가하도록 결합된 인덕터처럼 동작(act)한다. 이는 트랜스포머(T1)의 에어갭 내 및 자화 인덕턴스에서의 에너지를 저장한다. Vout은 출력 커패시터(C1) 상에 전압에 의해 지원(support)된다. 스위치(S1)가 열리는 경우, 정류기 다이오드(D1)는 트랜스포머(T1)에 저장된 에너지를 전송(transfer)하고 Vout을 지원(support)하기 위해 출력 커패시터(C1)에게 전류를 전달(deliver)하고 Vout을 지원(support)하기 위해 이전 반-사이클에 사용된 전하를 복원하도록 전류를 전도한다.In a flyback converter, when switch S1 is closed, transformer T1 applies a voltage (Vg + Vout) across rectifier D1 (assuming the unity turns ratio across T1). It acts like an inductor coupled to This stores energy in the air gap and magnetizing inductance of transformer (T1). Vout is supported by the voltage on the output capacitor (C1). When switch S1 is open, rectifier diode D1 transfers the energy stored in transformer T1 and delivers current to output capacitor C1 to support Vout. To support it, it conducts current to restore the charge used in the previous half-cycle.

도 11b에 도시된 대로, S1이 트랜스포머(T1)를 충전하기 위해 하이(HIGH)(온(ON) 또는 닫힘(CLOSED))로 스위칭하는 경우, 전압(Vg)은 Lk와 CD1의 2차 공진 회로가 공진하게 하고 노드 전압(Vr1)이 링잉하게 하는 트랜스포머(T1)에 걸려 부과(impose)된다. 이중-경로 능동 댐퍼(1104)는 Vr1을 클램핑하고 지연 이후 Vr1을 댐핑시키도록 S3을 하이로 스위칭한다. S1이 T1을 방전하도록 로우(LOW)(오프(OFF) 또는 열림(OPEN))로 스위칭하는 경우, Lk와 Coss의 1차 공진 네트워크는 공진하고 노드 전압(Vr2)은 링잉한다. 이중-경로 능동 댐퍼(1102)는 Vr2를 클램핑하고 지연 이후 Vr2를 댐핑시키도록 S4를 하이(HIGH)로 스위칭한다.As shown in Figure 11b, when S1 switches HIGH (ON or CLOSED) to charge transformer T1, the voltage Vg is equal to the secondary resonance circuit of Lk and CD1. is imposed on the transformer (T1) causing it to resonate and the node voltage (Vr1) to ring. The dual-path active damper 1104 clamps Vr1 and after a delay switches S3 high to damp Vr1. When S1 switches LOW (OFF or OPEN) to discharge T1, the primary resonant network of Lk and Coss resonates and the node voltage Vr2 rings. The dual-path active damper 1102 clamps Vr2 and after a delay switches S4 HIGH to damp Vr2.

본 발명의 여러 예시적인 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 당업자(those skilled in the art)에게 수많은 변형들 및 대체 실시예들이 떠오를 것이다. 이러한 변형들 및 대체 실시예들이 고려(contemplate)되며, 첨부된 청구범위들에 정의된 대로 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.Although several exemplary embodiments of the invention have been shown and described, numerous variations and alternative embodiments will occur to those skilled in the art. Such modifications and alternative embodiments are contemplated and may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (21)

강제 함수(forcing function)(Vs)가 상기 강제 함수의 각 포지티브 상태 변화(positive state change)에서 정상-상태 값(steady-state value)(Vss)에 대해 링잉(ring)하는 장치를 위해 노드 전압(node voltage)(Vr)을 생성하는 것에서의 공진 네트워크(resonant network)를 위한 이중-경로 능동 댐퍼(dual-path active damper)에 있어서,
상기 노드에 결합된 스너버 커패시터(snubber capacitor)(Csnub);
Csnub에 결합된 클램프 전압(clamp voltage)(Vclamp)을 포함하는 클램핑 경로(clamping path); 및
스너버 레지스터(snubber resistor)(Rsnub) 및 Csnub에 결합된 능동 스위치(active switch)를 포함하는 댐핑 경로(damping path)
를 포함하고,
상기 클램핑 경로는 Vss + Vclamp에서 노드 전압(Vr)의 피크 값을 클램핑하도록 각 포지티브 상태 변화에서 클램프 전류(clamp current)(Iclamp)를 전도(conduct)하고,
각 포지티브 상태 변화로부터의 지연 이후, 상기 능동 스위치는 상기 댐핑 경로가 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑(dampen)하기 위해 리셋 전류(Ireset)를 전도하도록 닫히는(close),
이중-경로 능동 댐퍼.
For a device where the forcing function (Vs) rings about the steady-state value (Vss) at each positive state change of the forcing function, the node voltage ( In a dual-path active damper for a resonant network in generating a node voltage (Vr),
A snubber capacitor (Csnub) coupled to the node;
A clamping path including a clamp voltage (Vclamp) coupled to Csnub; and
A damping path comprising a snubber resistor (Rsnub) and an active switch coupled to Csnub.
Including,
The clamping path conducts a clamp current (Iclamp) at each positive state change to clamp the peak value of the node voltage (Vr) at Vss + Vclamp,
After a delay from each positive state change, the active switch closes such that the damping path conducts a reset current (Ireset) to dampen the ringing of the node voltage (Vr).
Dual-path active damper.
 제1항에 있어서,
스위칭된 전력 서플라이(switched power supply)(SPC)가 상기 강제 함수를 공급(supply)하고,
상기 장치는 상기 SPC 내 스위치인,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to paragraph 1,
A switched power supply (SPC) supplies the forcing function,
The device is a switch in the SPC,
Dual-path active damper.
 제1항에 있어서,
상기 클램핑 경로는 Csnub 및 Vclamp와 직렬인 다이오드를 더 포함하고,
각 포지티브 상태 변화에서, 노드 전압(Vr)은 상기 정상-상태 값(Vss)으로부터 상기 다이오드가 Vss + Vclamp에서 상기 노드 전압(Vr)의 피크 전압을 클램핑하도록 Iclamp를 전도하는 지점에서 Vr+Vclamp를 초과할 때까지 증가하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to paragraph 1,
The clamping path further includes a diode in series with Csnub and Vclamp,
At each positive state transition, the node voltage (Vr) increases from the steady-state value (Vss) to Vr+Vclamp at the point where the diode conducts Iclamp to clamp the peak voltage of the node voltage (Vr) at Vss+Vclamp. increasing until it exceeds,
Dual-path active damper.
 제1항에 있어서,
상기 장치는 정격 전압(rated voltage)(Vrated)을 갖고, Vss+Vclamp<Vrated인,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to paragraph 1,
The device has a rated voltage (Vrated), where Vss+Vclamp<Vrated,
Dual-path active damper.
 제1항에 있어서,
상기 댐핑 경로는 상기 노드 전압(Vr)의 링잉(ringing)을 댐핑하기 위해 직렬-연결된 Csnub 및 Rsnub를 통해 상기 리셋 전류(Ireset)를 전도하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to paragraph 1,
The damping path conducts the reset current (Ireset) through series-connected Csnub and Rsnub to damp ringing of the node voltage (Vr),
Dual-path active damper.
 제5항에 있어서,
상기 댐핑 경로는 다이오드를 포함하며,
상기 댐핑 경로는, 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑하기 위해 Vss에 관한 노드 전압(Vr)의 네거티브 편위(negative excursions)에서만, 다이오드 및 직렬-연결된 Csnub 및 Rsnub를 통해 상기 리셋 전류(Ireset)를 전도하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 5,
The damping path includes a diode,
The damping path connects the reset current (Ireset) through a diode and series-connected Csnub and Rsnub only at negative excursions of the node voltage (Vr) with respect to Vss to damp the ringing of the node voltage (Vr). Evangelizing,
Dual-path active damper.
 제5항에 있어서,
상기 능동 스위치의 지연 및 닫힘(closing)은 상기 노드 전압의 피크 값을 클램핑한 후에 발생하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 5,
The delay and closing of the active switch occurs after clamping the peak value of the node voltage,
Dual-path active damper.
 제7항에 있어서,
상기 능동 스위치는 적어도 상기 직렬-연결된 Csnub 및 Rsnub의 최소 리셋 기간 동안 닫힌 채(closed)로 유지되는,
이중-경로 능동 댐퍼.
In clause 7,
wherein the active switch remains closed for at least a minimum reset period of the series-connected Csnub and Rsnub.
Dual-path active damper.
 제8항에 있어서,
상기 능동 스위치는 상기 강제 함수의 다음 네거티브(negative) 상태 변화 이전에 열리(open)는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 8,
wherein the active switch is open before the next negative state change of the forcing function,
Dual-path active damper.
 제8항에 있어서,
상기 능동 스위치는 상기 강제 함수의 상기 다음 네거티브 상태 변화와 중첩되도록 닫힌 채로 유지되는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 8,
wherein the active switch remains closed to overlap the next negative state change of the forcing function.
Dual-path active damper.
 제8항에 있어서,
상기 능동 스위치의 지연 및 온-타임(on-time)은 각 포지티브 상태 변화로부터 지정된 기간 내에 상기 정상-상태 값(Vss)에 도달하는 노드 전압(Vr)을 조건으로(subject to) 댐핑 손실들을 줄이기 위해 Csnub 내 저장된 전하가 줄어들도록 설정되는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 8,
The delay and on-time of the active switch are subject to the node voltage (Vr) reaching the steady-state value (Vss) within a specified period from each positive state change to reduce damping losses. In order for the stored charge within Csnub to be set to decrease,
Dual-path active damper.
 제11항에 있어서,
상기 온-타임은 가변적이고 상기 강제 함수에서의 변화들에 반응하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 11,
wherein the on-time is variable and responsive to changes in the forcing function,
Dual-path active damper.
 제1항에 있어서,
상기 능동 스위치는 스너버 레지스터(Rsnub)를 제공하는 온-상태 레지스턴스(resistance)를 갖는 MOSFET 또는 GaN 스위치를 포함하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to paragraph 1,
The active switch comprises a MOSFET or GaN switch with an on-state resistance providing a snubber resistor (Rsnub),
Dual-path active damper.
 강제 함수(forcing function)(Vs)가 상기 강제 함수의 각 포지티브 상태 변화(positive state change)에서 정상-상태 값(steady-state value)(Vss)에 대해 링잉(ring)하는 장치를 위해 노드 전압(node voltage)(Vr)을 생성하는 것에서의 공진 네트워크(resonant network)를 위한 이중-경로 능동 댐퍼(dual-path active damper)에 있어서,
상기 노드에 결합된 스너버 커패시터(snubber capacitor)(Csnub);
Csnub에 결합된 클램프 전압(clamp voltage)(Vclamp)을 포함하는 클램핑 경로(clamping path); 및
RC 스너버를 형성하기 위해 Csnub에 결합된 능동 스위치(active switch) 및 스너버 레지스터(snubber resistor)(Rsnub)를 포함하는 댐핑 경로(damping path)
를 포함하고,
상기 클램핑 경로는 Vss + Vclamp에서 노드 전압(Vr)의 피크 값을 클램핑하도록 각 포지티브 상태 변화에서 클램프 전류(Iclamp)를 전도(conduct)하고,
각 포지티브 상태 변화로부터의 지연 이후 노드 전압(Vr)이 노드 전압의(its) 피크 값으로부터 자연스럽게 감쇠(decay)하는 동안에, 상기 능동 스위치는 상기 댐핑 경로가 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑(dampen)하기 위해 상기 RC 스너버를 통해 리셋 전류(Ireset)를 전도하도록 온-타임 동안 닫히고(close),
상기 지연 및 온-타임은 각 포지티브 상태 변화로부터 지정된 기간 내에 상기 정상-상태 값(Vss)에 도달하는 노드 전압(Vr)을 조건으로(subject to) 댐핑 손실들을 줄이기 위해 Csnub 내 저장된 전하가 줄어들도록 설정되는,
이중-경로 능동 댐퍼.
For a device where the forcing function (Vs) rings about the steady-state value (Vss) at each positive state change of the forcing function, the node voltage ( In a dual-path active damper for a resonant network in generating a node voltage (Vr),
A snubber capacitor (Csnub) coupled to the node;
A clamping path including a clamp voltage (Vclamp) coupled to Csnub; and
A damping path comprising an active switch and a snubber resistor (Rsnub) coupled to Csnub to form an RC snubber.
Including,
The clamping path conducts a clamp current (Iclamp) at each positive state change to clamp the peak value of the node voltage (Vr) at Vss + Vclamp,
While the node voltage Vr naturally decays from its peak value after a delay from each positive state change, the active switch ensures that the damping path damps the ringing of the node voltage Vr ( closed during on-time to conduct reset current (Ireset) through the RC snubber to dampen,
The delay and on-time are subject to the node voltage (Vr) reaching the steady-state value (Vss) within a specified period from each positive state change so that the stored charge in Csnub is reduced to reduce damping losses. set,
Dual-path active damper.
 제14항에 있어서,
상기 장치는 정격 전압(rated voltage)(Vrated)을 갖고, Vss+Vclamp<Vrated인,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 14,
The device has a rated voltage (Vrated), where Vss+Vclamp<Vrated,
Dual-path active damper.
 제14항에 있어서,
상기 댐핑 경로는 다이오드를 포함하며,
상기 댐핑 경로는, 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑하기 위해 Vss에 관한 노드 전압(Vr)의 네거티브 편위(negative excursions)에서만, 상기 다이오드 및 상기 RC 스너버를 통해 상기 리셋 전류(Ireset)를 전도하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 14,
The damping path includes a diode,
The damping path generates the reset current (Ireset) through the diode and the RC snubber only at negative excursions of the node voltage (Vr) with respect to Vss to damp the ringing of the node voltage (Vr). Evangelizing,
Dual-path active damper.
 제14항에 있어서,
상기 능동 스위치의 온-타임은 가변적이고 상기 강제 함수에서의 변화들에 반응하는,
이중-경로 능동 댐퍼.
According to clause 14,
The on-time of the active switch is variable and responsive to changes in the forcing function,
Dual-path active damper.
 댐핑된 스위칭 전력 컨버터(switching power converter, SPC)에 있어서,
강제 함수를 생성하도록 DC 입력 전압(Vin)의 선택적 인가(application)에 반응하는 에너지 저장 섹션(energy storage section, ESS)와, 적어도 상기 DC 입력 전압(Vin)을 선택적으로 인가하기 위해 반대로 스위칭(switch)하는 스위치들(S1 및 S2)을 포함하는 SPC;
노드에 결합된 스너버 커패시터(Csnub)를 포함하는 이중-경로 능동 댐퍼;
Csnub에 결합된 클램프 전압(Vclamp)을 포함하는 클램핑 경로; 및
RC 스너버를 형성하기 위해 Csnub에 결합된 능동 스위치 및 스너버 레지스터(Rsnub)를 포함하는 댐핑 경로
를 포함하고,
상기 SPC의 기생 인덕턴스(parasitic inductance)(Lpar)와 기생 커패시턴스(capacitance)(Cpar)는 공진 네트워크를 형성하고,
상기 강제 함수는 상기 강제 함수의 각 포지티브 상태 변화에서 정상-상태 값(Vss)에 대해 링잉하는 스위치(S2)에 걸리는(across) 노드 전압(Vr)을 생성하기 위해 상기 공진 네트워크에 적용되고,
상기 클램핑 경로는 Vss + Vclamp에서 노드 전압(Vr)의 피크 값을 클램핑하도록 각 포지티브 상태 변화에서 클램프 전류(Iclamp)를 전도하고,
각 포지티브 상태 변화로부터의 지연 이후, 상기 능동 스위치는 상기 댐핑 경로가 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑(dampen)하기 위해 상기 RC 스너버를 통해 리셋 전류(Ireset)를 전도하도록 온-타임 동안 닫히는(close),
댐핑된 SPC.
In a damped switching power converter (SPC),
An energy storage section (ESS) responsive to the selective application of a DC input voltage (Vin) to generate a forcing function, and a reverse switch to selectively apply at least the DC input voltage (Vin). ) SPC including switches (S1 and S2);
a dual-path active damper with a snubber capacitor (Csnub) coupled to the node;
a clamping path including the clamp voltage (Vclamp) coupled to Csnub; and
Damping path including an active switch and a snubber resistor (Rsnub) coupled to Csnub to form an RC snubber.
Including,
The parasitic inductance (Lpar) and parasitic capacitance (Cpar) of the SPC form a resonance network,
The forcing function is applied to the resonant network to produce a node voltage (Vr) across the switch (S2) ringing about the steady-state value (Vss) at each positive state transition of the forcing function,
The clamping path conducts a clamp current (Iclamp) at each positive state transition to clamp the peak value of the node voltage (Vr) at Vss + Vclamp,
After a delay from each positive state change, the active switch is closed during on-time such that the damping path conducts a reset current (Ireset) through the RC snubber to dampen the ringing of the node voltage (Vr). (close),
Damped SPC.
 제18항에 있어서,
장치는 정격 전압(rated voltage)(Vrated)을 갖고, Vss+Vclamp<Vrated인,
댐핑된 SPC.
According to clause 18,
The device has a rated voltage (Vrated), where Vss+Vclamp<Vrated,
Damped SPC.
 제18항에 있어서,
상기 댐핑 경로는 다이오드를 포함하며,
상기 댐핑 경로는, 상기 노드 전압(Vr)의 링잉을 댐핑하기 위해 Vss에 관한 노드 전압(Vr)의 네거티브 편위(negative excursions)에서만, 상기 다이오드 및 상기 RC 스너버를 통해 상기 리셋 전류(Ireset)를 전도하는,
댐핑된 SPC.
According to clause 18,
The damping path includes a diode,
The damping path generates the reset current (Ireset) through the diode and the RC snubber only at negative excursions of the node voltage (Vr) with respect to Vss to damp the ringing of the node voltage (Vr). Evangelizing,
Damped SPC.
 제18항에 있어서,
상기 능동 스위치의 온-타임은 가변적이고 상기 강제 함수에서의 변화들에 반응하는,
댐핑된 SPC.According to clause 18,
The on-time of the active switch is variable and responsive to changes in the forcing function,
Damped SPC.
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