KR0154797B1 - 펄스 폭 변조 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 펄스 폭 변조 제어 회로에 관한 것으로서, 동기 신호(동기 주파수)를 입력으로 받아서, 삼각파 전압(VTR)을 발생시키는 삼각파 발진주(100)와, 상기한 삼각파 발진부(100)에서 발생하는 삼각파 전압(VTR)을 궤환받고, 삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref)을 입력으로 받아서, 삼각파 전압(VTR)의 폭(△V)을 일정하게 제어하는 전류를 상기한 삼각파 발진부(100)에 출력하는 삼각파 제어부(200)와, 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)과 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)에 대한 기준 전압(VOref)을 입력으로 받고, 상기한 삼각파 발진부(100)에서 발생하는 삼각파 전압(VTR)을 입력으로 받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄수 폭 변조부(300)로 이루어지며, 외부 신호에 동기되어 동작하는 삼각파 발진기(101)에서 출력되는 삼각파 전압(VTR)의 변동폭(△V)을 작게하므로써, 시스템의 제어특성과 잡음에 대한 내력을 개선한 펄스 폭 변조 제어 회로에 관한 것이다.

Description

펄스 폭 변조 제어 회로
제1도는 종래에 사용한 펄스 폭 변조 제어 회로를 나타낸 도면.
제2도는 종래에 사용한 펄스 폭 변조 제어 회로에서 동기 신호에 따른 삼각파 전압 파형의 변화를 나타낸 도면.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 펄스 폭 변조 제어 회로를 나타낸 도면.
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 펄스 폭 변조 제어 회로에서 동기 신호에 따른 삼각파 전압 파형의 변화를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 삼각파 발진부 200 : 삼각파 제어부
300 : 펄스폭 변조부
이 발명은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 제어 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 넓은 주파수 범위에서도 안정된 동기(Synchronization) 동작이 가능한 펄스 폭 변조 제어 회로에 관한 것이다.
텔레비전(TV; Television)이나 모니터(Monitor)와 같이 음극선관을 이용한 표시장치들은 내부에 수직편향회로와 수평편향회로 등, 두 개의 동기회로를 갖는다. 특히 수평편향회로는 수십 kHZ 이상의 고주파 회로이므로 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS; Switching Mode Power Supply)의 스위칭 주파수와 간섭을 일으키기 되면 화면상에 노이즈(Noise)가 보이게 된다.
이와 같은 간섭현상을 최소화할 수 있는 것이 바로 동기 동작이다. 즉, 수평편향회로의 주파수에 맞추어 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시키는 것이다.
텔레비전의 경우에는 수평편향 주파수가 고정되어 있으나, 모니터의 경우에는 여러 가지 표시형식에 따라 수편편향 주파수가 2-3배 정도 변하게 된다.
참고 문헌으로는 다음과 같은 자료가 있다.
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(2) 미국 unitrode 社 Application Note(1993~1994), p. 9-139~9-144, Practical Considerations in Current Mode Power Supplies - III Synchronization
이하, 첨부된 도면을 참조로하여 종래의 펄스 폭 변조 제어 회로에 대하여 설명한다.
제1도는 종래에 사용한 펄스 폭 변조 제어 회로를 나타낸 도면이고, 제2도는 종래에 사용한 펄스 폭 변조 제어 회로에서 동기 신호에 따른 삼각파 전압 파형의 변화를 나타낸 도면이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 종래에 사용한 펄스 폭 변조 제어 회로는 동기 신호의 입력을 받아 삼각파 전압을 발생하는 삼각파 발진부(Oscillator)와 커패시터로 이루어진 삼각파 발진부(11)와, 오차 증폭기(Error Amp.)(12)와, 상기한 삼각파 발진부(11)와 오차 증폭기(12)의 출력을 입력으로하여 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 비교기(13)로 구성된다.
상기한 종래의 펄스 폭 변조 회로는 이 회로에 인가되는 동기신호의 주파수가 증가하게 됨에 따라, 그것에 동기된 삼각파가 제2도의 (b)나 (c)와 같이 증가된 주파수에 반비례하여 펄스 폭을 결정하는 전압 폭(△V2와 △V3)이 작아진다.
따라서, 상기한 종래의 기술은 상기 전압 폭(△V2와 △V3)이 변하게 되면, 이에 비례하여 시스템 전달함수의 이득이 변하게 되어 시스템의 최적 설계가 어려워질 뿐만 아니라, 작아진 전압만큼 펄스 폭이 잡음에 민감하게 된다는 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동기 신호(동기 주파수)가 변해도 삼각파의 전압 폭(△V)을 일정하게 유지하므로써, 시스템의 제어특성을 개선하고 잡음에 대해 둔감하게 하는 펄스 폭 변조 제어 회로를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 구성은, 동기 신호를 입력으로 받아서, 삼각파 전압을 궤환(Feedback)받고, 삼각파 전압에 대한 기준 전압을 입력으로 받아서, 삼각파 전압의 폭을 일정하게 제어하는 전류를 상기한 삼각파 발진부에 출력하는 삼각파 제어부와, 제어의 대상이 되는 출력 전압과 제어의 대상이 되는 출력 전압에 대한 기준 전압을 입력으로 받고, 상기한 삼각파 발진부에서 발생하는 삼각파 전압을 입력으로 받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스 폭 변조부로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로하여 상세히 설명한다.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 펄스 폭 변조 제어 회로를 나타낸 도면이다.
제3도는 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 펄스 폭 변조 제어 회로는, 동기 신호(동기 주파수)를 입력으로 받아서, 삼각파 전압(VTR)을 발생시키는 삼각파 발진부(100)와, 상기한 삼각파 발진부(100)에서 발생하는 삼각파 전압(VTR)을 궤환(Feedback)받고, 삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref)을 입력으로 받아서, 삼각파 전압(VTR)의 폭(△V)을 일정하게 제어하는 전류를 상기한 삼각파 발진부(100)에 출력하는 삼각파 제어부(200)와, 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)과 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)에 대한 기준 전압(VOref)을 입력으로 받고, 상기한 삼각파 발진부(100)에서 발생하는 삼각파 전압(VTR)을 입력으로 받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스 폭 변조부(300)로 이루어진다.
여기에서, 상기한 삼각파 발진부(100)는, 동기 신호를 입력으로 받고, 삼각파 전압(VTR)과 스위치 제어 전압(VOSC)을 출력하는 삼각파 발진기(101)와, 한쪽 단자가 상기한 삼각파 발진기(101)와 삼각파 제어부(200)와 펄스 폭 변조부(300)에 연결되어 있고, 다른 한쪽 단자는 접지되어 있으며, 상기한 삼각파 발진기(101)에서 출력된 삼각파 전압(VTR)을 충방전하는 캐패시터(CTR)와, 한쪽 단자가 상기한 커패시터(CTR)와 펄스 폭 변조부(300)에 연결되어 있고, 다른 한쪽 단자가 삼각파 제어부(200)에 연결되어 있으며, 상기한 삼각파 발진기(101)의 스위치 제어 전압(VOSC)에 따라 상기한 커패시터(CTR)에 흐르는 충방전 전류를 제어하는 전압 제어 스위치(Voltage Controlled Switch)(102)로 이루어진다.
또, 상기한 삼각파 제어부(200)는, 삼각파 발진부(100)에서 출력된 삼각파 전압(VTR)이 제2저항(Rf2)을 거쳐 -단자에 궤환되고, +단자에 삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref)이 입력되며, 출력과 -단자 사이에 제2커패시터(Cf2)가 있는 제2오차 증폭기(201)와, 상기한 제2차 증폭기(201)의 출력 전압(Vf)을 입력으로 받아서 전류로 변환하여 삼각파 발진부(100)로 출력하는 전압-전류 변환기(202)로 이루어진다.
그리고, 상기한 펄스 폭 변조부(300)는, 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)이 제1저항(Rf1)을 거쳐 -단자에 입력되고, +단자에 제어의 대상이 되는 출력 전압(VO)에 대한 기준 전압(VOref)이 입력되며, 출력과 -단자 사이에 제1커패시터(Cf1)가 있는 제1오차 증폭기(301)와, +단자로 상기한 제1오차 증폭기(301)의 출력을 입력받고, -단자로 삼각파 발진부(100)에서 출력된 삼각파 전압(VTR)을 입력받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 비교기(302)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 작용은 다음과 같다.
삼각파 발진기(101)는 커패시터(CTR)에 아래와 같은 원리에 의해 삼각파 전압(VTR)을 발생시킨다.
스위치 제어 전압(VOSC)이 0이면 전압 제어 스위치(102)가 열리게 되어 커패시터(CTR)는 전류 ICH(=k1Vf)로 충전하게 되는데, 이때 삼각파 발진기(101) 내부의 임계 전압은 VHTH가 되어 VTR≥VHTH가 될 때까지 계속 충전하게 된다. 일단 VTR≥VHTH가 되면 스위치 제어 전압(VOSC)이 1이 되고, 임계 전압은 VLTH가 되어 전압 제어 스위치(102)가 닫치게 된다.
이때 ICHIDCH(=k1k2Vf)(k21)이 되게 전압 전류 변환기(202) 내부를 설계하면 커패시터(CTR)는 (IDCH-ICH)로 방전하게 된다.
계속 방전하여 VTR≤VLTH가 되면, 스위치 제어 전압(VOSC)이 0이 되면서 처음과 같이 충전하게 되어 한 주기가 끝이 나게 된다.
한편, 동기 신호가 없을 때 발생하는 최저 주파수는 다음과 같이 구한다.
삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref)이 (VLTH+ VHTH)/2보다 충분히 작으면, 즉, 삼각파 전압(VTR)의 평균값(VTR)ave가 삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref) 보다 충분히 크면, 제2오차 증폭기(201)의 출력 전압(Vf)은 최소값이 되고, 이때의 전류 ICH와 IDCH값도 최소치가 되어 발진 주파수는 최저 주파수가 된다.
또, 외부에서 동기 신호가 입력되어 삼각파 전압(VTR)의 평균값(VTR)ave가 삼각파 전압(VTR)에 대한 기준 전압(VTref) 보다 작아지려고 하면 제2오차 증폭기(201)의 출력 전압(Vf)은 상승하기 시작하여 ICH와 IDCH를 증가시켜 삼각파의 상승, 하강 기울기가 증가하여 삼각파 전압(VTR)의 평균값(VTR)ave를 다시 증가시킨다. 즉, 제2오차 증폭기(201)의 입출력이 활성 영역(Active Region)에 동작하며 (VTR)ave=VTref가 되도록 커패시터(CTR)의 충, 방전 전류가 제어된다.
따라서, 비교기(302)로 입력되는 삼각파 전압(VTR)의 폭은 제4도에 도시된 것과 같이 언제나(동기 신호가 없을 때, 동기 신호가 낮은 주파수일 때, 그리고 동기 신호가 높은 주파수일 때)일정하게 유지되기 때문에, 비교기(302)의 출력(펄스 폭 변조 신호)이 안정된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 외부 신호에 동기되어 동작하는 삼각파 발진기에서 출력되는 삼각파 전압의 변동 폭을 작게하므로써, 시스템이 제어특성과 잡음에 대한 내력을 개선하는 효과를 가진 펄스 폭 변조 제어 회로를 제공할 수 있다.
이 발명의 이러한 효과는 동기 기능을 갖는 스위칭 모드 파워 서플라이 제어용 직접회로에 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 동기 신호를 입력으로 받아서, 삼각파 전압을 발생시키는 삼각파 발진부와, 상기 삼각파 발진부(100)에서 출력된 삼각파 전압이 저항을 거쳐 반전 단자에 궤환되고, 비반전 단자에 삼각파 전압에 대한 기준 전압이 입력되며, 출력과 반전 단자 사이에 커패시터가 있는 오차 증폭기와, 상기 오차 증폭기의 출력 전압을 입력으로 받아서 전류로 변환하여 상기 삼각파 발진부로 출력하는 전압-전류 변환기와, 제어의 대상이 되는 출력 전압과 제어의 대상이 되는 출력 전압에 대한 기준 전압을 입력으로 받고 상기한 삼각파 발진부에서 발생하는 삼각파 전압을 입력으로 받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 펄스 폭 변조부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스 폭 변조 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 삼각파 발진부는, 동기 신호를 입력으로하고, 삼각파 전압과 스위치 제어 전압을 출력하는 삼각파 발진부(100)와, 일단이 상기한 삼각파 발진기(101)와 삼각파 제어부(200)와 펄스 폭 변조부(300)에 연결되어 있고, 타단이 접지되어 있으며, 상기한 삼각파 발진기(101)에서 출력된 삼각파 전압을 충반전하는 커패시터와, 일단이 상기한 커패시터와 펄스 폭 변조부에 연결되어 있고, 다른 한쪽 단자가 삼각파 제어부(200)에 연결되어 있으며, 상기한 삼각파 발진기(101)의 스위치 제어 전압에 따라 상기한 커패시터에 흐르는 충반전 전류를 제어하는 전압 제어 스위치(102)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스 폭 변조 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 펄스 폭 변조부(300)는, 제어의 대상이 되는 출력 전압이 제1저항을 거쳐 반전 단자에 입력되고, 비반전 단자에 제어의 대상이 되는 출력 전압에 대한 기준 전압이 입력되며, 출력과 반전 단자 사이에 제1커패시터가 있는 제1오차 증폭기(301)와, 비반전 단자로 상기한 제1오차 증폭기(301)의 출력을 입력받고, 반전 단자로 삼각파 발진부(100)에서 출력된 삼각파 전압을 입력받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하는 비교기(302)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스 폭 변조 제어 회로.
  4. 제1항에 있어서, 삼각파 전압에 대한 기준 전압을보다 작게하여, 동기 신호가 없을 때 발생하는 최저 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 펄스 폭 변조 회로.
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