KR0112073Y1 - 오픈 콜렉터 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 오픈 콜렉터 구동회로에 관한 것으로, 일반적인 오픈 콜렉터 구동회로는 비교부의 출력전압에 따라 레벨시프트 및 구동부가 역방향으로 동작을 할시에는 오픈 콜렉터의 베이스전류공급이 역방향 β에 의존하기 때문에 그 오픈콜렉터부의 턴-온속도가 저하되어 출력의 하강 시간이 증가되는 문제점이 있었다.

이를 보완하기 위한 본 고안은 저항과 트랜지스터로 구성된 레벨 시프트 및 구동부가 입력교류전압의 레벨에 관계없이 항상 순방향영역에서 구동하여 비교부의 전류전압을 시프트시키고, 아울러 공정변수 변동에 무관하게 오픈 콜렉터부를 고속으로 스위칭시킴으로서 출력의 하강 시간이 감소되는 효과가 있는 것이다.

Description

오픈 콜렉터 구동회로

제1도는 종래의 오픈 콜렉터 구동 회로도.

제2도는 (a) 내지 (b)는 제1도의 각부 파형도.

제3도는 본 고안의 오픈 콜렉터 구동 회로도.

제4도는 (a) 내지 (b)는 제3도의 각부 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비교부 2 : 레벨시프트 및 구동부

3 : 오픈 콜렉터부 TR1-TR7 : 트랜지스터

R1-R6 : 저항 RL : 부하저항

VB1 : 기준전압단자 Vin : 입력단자

C1 : 콘덴서

본 고안은 오픈 콜렉터 구동회로에 관한 것으로, 특히 입력교류전압에 따라 레벨시프트 및 구동부를 항상 순방향영역에서 구동시켜 직류전압의 레벨을 시프트시키고, 공전변수 변도에 무관하게 오픈 콜렉터를 고속으로 스위칭시켜 출력의 하강 시간이 증가하는 것을 방지하기 위한 오픈 콜렉터 구동회로에 관한 것이다.

종래의 오픈 콜렉터 구동회로는 첨부된 도면 제1도와 도시된 바와 같이, 기준전압단자(VB1)를 통한 기준전압과 콘덴서(C1)를 통한 입력단자(Vin)의 교류전압을 비교하여 그에 따라 직류전압을 출력하는 비교부(1)와, 상기 비교부(1)로부터 출력된 직류전압에 따라 레벨시프트하는 레벨시프트 및 구동부(2)와, 상기 레벨시프트 및 구동부(2)의 출력전압에 따라 스위칭되어 최종출력단자(Vout)의 전압을 제어하는 오픈 콜렉터부(3)로 구성되어 있다.

즉, 상기 비교부(1)는 기준전압이 인가되는 기준전압단자(VB1)를 각각의 저항(R1)(R2)을 통한 후 에미터가 공통접속되어 전류원( IS1)을 통해 접지단자(GND)에 연결되고 콜렉터가 각각의 저항(R3)(R4)을 통해 전원단자(Vcc)에 연결된 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스에 연결하고, 교류전압이 인가되는 입력단자(Vin)를 콘덴서(C1)를 통해 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스를 연결하여 구성하며, 레벨시프트 및 구동부(2)는 콜렉터가 전원단자(Vcc)에 연결된 트랜지스터(Q3)의 베이스를 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결한 후 그 트랜지스터(Q3)의 에미터를 전류원(IS2)을 통해 접지단자(GND)에 연결함과 아울러 직렬연결된 제너다이오드(ZD1) 및 저항(R5)을 통해 접지단자(GND)에 연결하고, 상기 제너다이오드(ZD1) 및 저항(R5)의 공통접속점을 베이스가 저항(R6)을 통해 기준전압단자(VB2)에 연결된 트랜지스터(Q4)에 에미터에 연결되고, 그 트랜지스터(Q4)의 콜렉터를 오픈콜렉터부(3)로 되어 에미터가 접지단자(GND)에 연결된 트랜지스터(Q5)의 베이스에 연결한 후 그 트랜지스터(Q5)의 콜렉터를 최종출력단자(Vout) 및 부하저항(RL)을 통해 전원단자(Vcc)에 연결하여 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 오픈 콜렉터 구동회로의 작용과 그에 따른 문제점을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력단자(Vin)로부터 입력된 교류전압이 콘덴서(C1)를 통해 비교부(1)에 구성된 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되고, 기준전압단자(VB1)로부터 입력된 기준전압이 각각의 저항(R1)(R2)을 통해 분로되어 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스에 인가되는데, 이때 상기 콘덴서(C1)를 통한 입력단자(Vin)의 교류전압이 제2도의 (a)와 같이 OV보다 클 경우 트랜지스터(Q1)가 턴-온됨과 아울러 트랜지스터(Q2)가 오프되고, 상기 입력단자(Vin)로부터 교류전압이 점점 상승하여 인가되면 트랜지스터(Q1)의 턴-온량은 점점 커지게 된다. 이에 따라 전원단자(Vcc)의 전원전압이 비교부(1)의 저항(R3) 및 트랜지스터(Q1)를 통하고 전류원(IS1)을 통해 접지단자(GND)로 바이패스되므로 레벨시프트 및 구동부(2)에 구성된 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 상기한 트랜지스터(Q1)의 턴-온량에 따라 제2도의 (b)와 같은 로우전위인 직류전압이 인가되고, 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스로 인가되는 전압이 점점 낮아지게 되면 그 트랜지스터(Q3)의 턴-온량도 점점 작아지게 되어 그의 에미터에는 접지전위에 가까운 로우전압이 걸리게 되고, 그 로우전압에 의해 제너다이오드(ZD1)가 오프되므로 저항(R5)을 통한 접지전위가 제2도의 (c)와 같이 트랜지스터(Q4)의 에미터에 인가하게 된다.

이에 따라 상기 트랜지스터(Q4)는 순방향으로 동작하여 턴-온되고, 이에 따라 오픈 콜렉터부(3)로 된 트랜지스터(Q5)의 베이스에 차지된 전압을 그 트랜지스터(Q4) 및 저항(R5)을 통해 접지단자(GND)로 방전시킴으로써 그 트랜지스터(Q5)가 오프된다. 따라서 전원단자(Vcc)의 전압은 부하저항(RL)을 통해 최종출력단자(Vout)로 제2도의 (d)와 같은 하이전위로 출력된다. 이후 입력단자(Vin) 및 콘덴서(C1)를 통해 입력되는 교류전압이 제2도의 (a)와 같이 OV보다 작을 경우에는 비교부(1)의 트랜지스터(Q1)가 오프되고, 저항(R2)을 통한 기준전압단자(VB1)의 기준전압에 의해 스위칭되는 트랜지스터(Q2)가 턴-온된다.

따라서 전원단자(Vcc)의 전원전압은 저항(R4)과 턴-온된 트랜지스터(Q2) 및 전류원(IS1)을 통해 접지단자(GND)로 바이패스됨과 아울러 저항(R3)을 통해 트랜지스터(Q3)의 베이스에 제2도의 (b)와 같이 고전위의 구형파전압으로 인가되어 그 트랜지스터(Q3)의 턴-온량을 결정하게 된다. 이에 따라 전원단자(Vcc)의 전원전압이 상기한 트랜지스터(Q3) 및 제너다이오드(ZD1)를 통한 후 트랜지스터(Q4)의 에미터에 제2도의 (c)와 같이 고전위에 구형파 전압으로 인가됨으로써 그 트랜지스터(Q4)가 역방향 동작을 하여 오픈 콜렉터(3)로 된 트랜지스터(Q5)의 베이스에 고전위를 인가하여 그 트랜지스터(Q5)를 턴-온시키게 된다. 여기서, 그 트랜지스터(Q5)의 베이스 전류공급이 공정변수에 의존하는 문제점으로 인하여 그 트랜지스터(Q5)가 턴-온되는데 상당한 시간이 걸리게 된다. 이와 같이 트랜지스터(Q5) 턴-온되면, 전원단자(Vcc)의 전원전압이 부하저항(RL) 및 그 트랜지스터(Q5)를 통해 접지단자(GND)로 바이패스되므로 최종출력단자(Vout)에는 제2도의 (d)와 같은 저전압이 출력된다.

그러나 이와 같은 종래의 오픈 콜렉터 구동회로는 레벨시프트 및 구동부(2)의 트랜지스터(Q4)가 그의 에미터에 인가되는 전압에 따라 순방향으로 동작하거나 또는 역방향으로 동작을 하여 오픈 콜렉터부(3)의 트랜지스터(Q5)를 오프 또는 턴-온하게 되는데, 레벨시프트 및 구동부(2)의 트랜지스터(Q4)가 순방향으로 동작할 때에는 오픈 콜렉터부(3)를 고속으로 오프시킬 수 있으나, 역방향으로 동작할 때에는 오픈 콜렉터부(3)의 베이스 전류공급이 역방향 공정변수 β에 의존하기 때문에 그 오픈 콜렉터부(3)의 턴-온속도가 저하되는 문제점이 있고, 특히 공정변수 β가 낮을 경우 오픈 콜렉터부(3)의 턴-온 시간이 상당히 길어져 출력신호가 저전위로 하강하는데 시간이 걸리는 문제점이 있었고, 또한 트랜지스터(Q3), 전류운(IS2), 제너다이오드(ZD1) 및 저항(R5)을 통해 트랜지스터(Q4)의 에미터에 인가되는 전압에 따라 그 트랜지스터(Q4)가 순방향 또는 역방향으로 동작되므로 그 트랜지스터(Q4)에 부담을 주게되는 문제점이 있었다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 비교부로 입력되는 교류전압에 따라 레벨시프트 및 구동부를 항상 순방향 영역에서만 구동시켜 직류전압의 레벨을 시프트시킴과 아울러 공정변수 변동에 무관하게 오픈 콜렉터부를 고속으로 스위칭시켜 출력의 하강시간을 감소시키도록 오픈 콜렉터 구동회로를 안출한 것으로, 이하 본 고안을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안의 오픈 콜렉터 구동회로도로서, 이에 도시한 바와 같이, 입력단자(Vin)의 교류전압을 콘덴서(C1)를 통해 입력받아 기준전압단자(VB1)의 기준전압과 비교하는 비교부(1)와, 상기 비교부(1)로부터 출력된 직류전압에 따라 순방향 영역으로 동작하여 그 직류전압의 레벨을 시프트하는 레벨시프트 및 구동부(2)와, 상기 레벨시프트 및 구동부(2)의 출력전압에 따라 스위칭되어 최종출력단자(Vout)의 전압을 제어하는 오픈 콜렉터부(3)로 구성된다.

여기서, 상기 비교부(1)는 기준전압이 인가되는 기준전압단자(VB1)를 각각의 저항(R1)(R2)을 통한 후 에미터가 공통접속되어 전류원( IS1)을 통해 접지단자(GND)에 연결되고 콜렉터가 각각의 저항(R3)(R4)을 통해 전원단자(Vcc)에 연결된 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스에 연결하고, 교류전압이 인가되는 입력단자(Vin)를 콘덴서(C1)를 통해 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스를 연결하여 구성하며, 상기 레벨시프트 및 구동부(2)는 콜렉터가 전원단자(Vcc)에 공통접속된 트랜지스터(Q3)(Q4)의 각 베이스를 상기 트랜지스터(Q2)(Q1)의 콜렉터에 연결한 후 그 트랜지스터(Q3)의 에미터를 에미터가 접지단자(GND)에 연결된 트랜지스터(Q5)의 콜렉터, 베이스 및 트랜지스터(Q6)의 베이스에 연결하고, 상기 트랜지스터(Q4)의 에미터를 저항(R6)을 통해 상기 트랜지스터(Q6)의 콜렉터에 연결하고, 상기 트랜지스터(Q6)의 콜렉터 및 저항(R6)의 공통접속점을 오픈 콜렉터부(3)로 되어 에미터가 접지단자(GND)에 연결된 트랜지스터(Q7)의 베이스에 연결한 후 그 트랜지스터(Q7)의 콜렉터를 최종출력단자(Vout) 및 부하저항(RL)을 통해 전원단자(Vcc)에 연결하여 구성한다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용 효과를 제4도의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력단자(Vin)로부터 입력된 교류전압이 콘덴서(C1)를 통해 비교부(1)에 구성된 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되고, 기준전압단자(VB1)로부터 입력된 기준전압이 각각의 저항(R1)(R2)을 통해 분로되어 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스에 인가되는데, 이때 상기 콘덴서(C1)를 통한 입력단자(Vin)의 교류전압이 제4도의 (a)와 같이 OV보다 클 경우 트랜지스터(Q1)가 턴-온됨과 아울러 트랜지스터(Q2)가 오프된다.

이에 따라 전원단자(Vcc)의 전원전압이 비교부(1)의 저항(R3), 입력단자(Vin)의 교류전압에 의해 턴-온량이 결정된 트랜지스터(Q1) 및 전류원(IS1)을 통해 접지단자(GND)로 바이패스되므로 레벨시프트 및 구동부(2)에 구성된 트랜지스터(Q4)의 베이스에는 상기한 트랜지스터(Q1)의 턴-온량에 따라 제4도의 (c)와 같은 로우전위인 직류전압이 인가되고, 이와 동시에 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 제4도의 (b)와 같이 트랜지스터(Q4)의 베이스에는 인가되는 위상과 상반된 하이전위의 직류전압이 인가되므로, 상기 트랜지스터(Q3)는 턴-온되고, 트랜지스터(Q4)는 오프된다.

따라서, 이때 전원단자(Vcc)의 전원전압이 상기한 트랜지스터(Q3) 및 저항(R5)을 통해 전류미러의 트랜지스터(Q5)(Q6)를 턴-온시키게 되므로, 오픈 콜렉터(3)로된 트랜지스터(Q7)의 베이스에 접지전위인 저전위가 인가되어 그 트랜지스터(Q7)가 오프되고, 이에 따라 전원전자(Vcc)의 전원전압이 부하저항(RL)을 통해 최종출력단자(Vout)에 출력되어 제4도의 (d)와 같은 하이전위가 출력된다.

이후 입력단자(Vin) 및 콘덴서(C1)를 통해 입력되는 교류전압이 제4도의 (a)와 같이 OV보다 작을 경우에는 비교부(1)의 트랜지스터(Q1)가 오프되고, 저항(R2)을 통한 기준전압단자(VB1)의 기준전압에 의해 스위칭되는 트랜지스터(Q2)가 턴-온되어 전원단자(Vcc)의 전원전압이 저항(R3)(R4)을 통해 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 콜렉터에 인가되는데, 이때 저항(R4)를 통한 전원전압은 턴-온된 트랜지스터(Q2) 및 전류원(IS1)을 통해 접지단자(GND)로 바이패스되므로 레벨시프트 및 구동부(2)에 구성된 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 제4도의 (b)와 같이 로우전위의 직류전압이 인가되어 그 트랜지스터(Q3)가 오프되고, 또한 저항(R3)을 통한 전원단자(Vcc)의 전원전압은 트랜지스터(Q1)가 오프된 관계로 인하여 레벨시프트 및 구동부(2)에 구성된 트랜지스터(Q4)의 베이스에 제4도의 (c)와 같이 하이전위로 인가되어 그 트랜지스터(Q4)가 턴-온된다. 따라서, 이때 상기 트랜지스터(Q3)의 오프에 의해 트랜지스터(Q5)(Q6)도 오프되고, 이에 따라 전원단자(Vcc)의 전원전압이 상기 턴-온된 트랜지스터(Q4) 및 저항(R16)을 통한 후 오픈 콜렉터부(3)로 된 트랜지스터(Q7)의 베이스에 인가되어 그 트랜지스터(Q7)를 턴-온시키게 되므로, 전원단자(Vcc)의 전원전압이 부하저항(RL) 및 상기 턴-온된 트랜지스터(Q7)를 통해 접지단자(GND)로 바이패스되어 최종출력단자(Vout)에는 제4도의 (d)와 같은 로우전위가 출력된다.

상기와 같이 입력단자(Vin)에 제4도의 (a)와 같은 파형의 교류전압이 입력될 때 비교부(1)의 트랜지스터(Q1)(Q2)의 콜렉터에는 제4도의 (c), (b)와 같은 파형신호가 각기 출력되는데, 그 제4도의 (c), (b)의 파형신호는 매우 작은 내부 알씨 시정수(RC Time Constant)에 의해 거의 직각에 가까운 구형파신호로 되고, 이와 같이 출력되는 제4도의 (c), (b)의 파형신호가 레벨시프트 및 구동부(2)의 트랜지스터(Q4)(Q3)의 베이스에 각기 인가됨에 따라 고속으로 그 트랜지스터(Q3) 또는 트랜지스터(Q4)가 선택적으로 턴-온되고, 이에 따라 상기 트랜지스터(Q3)가 턴-온되었을 때 전류미러로 동작하는 트랜지스터(Q5)(Q6)가 곧바로 턴-온되어 오픈 콜렉터부(3)의 트랜지스터(Q7)를 곧바로 오프시키고, 상기 트랜지스터(Q4)가 턴-온 되었을 때 상기 트랜지스터(Q5)(Q6)는 오프되므로, 상기 트랜지스터(Q4)를 통한 전원전압에 의해 오픈 콜렉터부(3)의 트랜지스터(Q7)를 곧바로 턴-온 시키게 된다. 결국 비교부(1)의 출력신호에 따라 레벨시프트 및 구동부(2)의 트랜지스터(Q3,Q5,Q6) 또는 트랜지스터(Q4)가 선택적으로 곧바로 턴-온되어 오픈 콜렉터부(3)의 트랜지스터(Q7)를 곧바로 오프 또는 턴-온시키게 되므로 그 트랜지스터(Q7)가 고속으로 스위칭되게 된다. 따라서 상기 트랜지스터(Q7)의 온/오프 동작에 따라 그의 콜렉터측에 저전위/고전위 신호가 출력되어 최종출력단자(Vout)로 출력되는데, 보통 외부출력에 큰 용량의 캐패시터가 달려 있으므로, 그 최종 출력단자(Vout)에는 제4도의 (d)와 같은 파형신호가 출력된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 입력교류전압의 레벨에 관계없이 레벨시프트 및 구동부를 항상 순방향 영역에서 구동시켜 직류 전압의 레벨을 시프트시키고, 공정변수 변동에 무관하게 오픈 콜렉터를 고속으로 스위칭시킴으로써 출력의 하강시간이 감소되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 입력교류전압의 기준전압과 비교하여 상기 입력교류전압의 파형에 따른 반전 및 구형파 전압을 출력하는 비교부(1)와, 상기 비교부(1)의 반전 및 비반전의 구형파 출력전압을 순방향영역으로 비반전의 레벨시프트하여 오픈 콜렉터부(3)를 스위칭하는 레벨시프트 및 구동부(2)로 구성된 것을 특징으로 하는 오픈 콜렉터 구동회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 레벨시프트 및 구동부(2)는 콜렉터가 전원단자(Vcc)에 공통접속된 트랜지스터(Q3)(Q4)의 각 베이스에 상기 비교부(1)의 비반전 및 반전의 구형파 출력전압이 각기 인가되게 연결한 후 그 트랜지스터(Q3)의 에미터를 저항(R5)을 통해 트랜지스터(Q5)의 콜렉터 및 베이스와 트랜지스터(Q6)의 베이스에 연결하고, 상기 트랜지스터(Q4)의 에미터를 저항(R6)을 통해 상기 트랜지스터(Q6)의 콜렉터 및 오픈 콜렉터부(3)의 제어단자에 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 오픈 콜렉터 구동회로.