KR0170211B1

KR0170211B1 - 토템폴 구조를 갖는 smps의 게이트 구동회로

Info

Publication number: KR0170211B1
Application number: KR1019950068634A
Authority: KR
Inventors: 김수경
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1995-12-30
Publication date: 1999-03-30
Also published as: KR970051283A

Abstract

본 발명은 게이트 구동을 위한 시정수 소자로 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS 제어 IC내에서 모스 FET를 직접적으로 원하는 시정수로써 구동시킬 수 있는 토템플 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로에 관한 것인 바, 그 특징은 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS내에서 게이트를 직접적으로 원하는 시정수로 구동시킬 수 있도록 FET의 게이트 온/오프 시간 조정수단과 게이트 보호수단을 SMPS 제어용 IC의 내부에 집적시켜 FET의 게이트 구동을 위한 SMPS 제어 IC의 출력단을 구성함에 있다.

Description

토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로

제1도는 종레의 게이트 구동회로도.

제2도는 본 발명에 의한 센스 FET를 이용한 원칩 패키지시의 게이트 구동회로의 일 실시예도.

제3도는 제2도의 시뮬레이션 결과 파형도.

제4도는 제2도의 출력단자를 접지단자에 단락시켰을 때 출력단자를 통해 외부에 공급되는 전류 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : SMPS 제어 IC 21 : 센스 FET

본 발명은 게이트 구동회로에 관한 것으로서 보다 상세하게는 게이트 구동을 위한 시정수 소자로 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS 제어 IC내에서 모스 FET를 직접적으로 원하는 시정수로써 구동시킬 수 있는 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로에 관한 것이다.

종래의 스위칭 모드 파워 서블라이(이하는 SMPS라 칭함) 회로는 제1도에서와 같이 그 SMPS 제어 IC(10)의 주로 토템폴 구조를 가지고 주 스위칭 소자인 모스 FET(11)를 구동하도록 되어 있다. 이때 SMPS 제어 IC(10)의 출력과 주 스위칭 소자 사이에는 턴-온시간을 길게 갖으며, 턴-오프 시간은 짧게 갖도록 게이트 온/오프 시간 조정수단과 게이트 보호수단으로서 저항(R5)(R6)과 다이오드(D1)(D2)를 연결하였다. 여기에서 사용된 저항은 모스 FET(11)의 입력 캐패시턴스(Ciss)의 크기에 따라 변하는 것으로서 비교적 수 와트 이상의 전력이 인가되므로 전력용 저항을 사용하였고, 제너 다이오드(D2)는 모스 FET(11)의 게이트-소오스간 보호용 다이오드이며, 턴-온시에는 두 저항(R5)(R6)에 의해 모스 FET(11)의 게이트 전압을 제어하는 게이트 충전 전류의 최대치가 제한되며, 이때의 충전시간은 SMPS 제어 IC(10)의 출력과 모스 FET(11) 사이의 저항(R5)이 입력 캐패시턴스와 직렬로 연결된 형태의 RC 시정수 즉, 저항(R5)과 캐패시턴스(Ciss; 모스 FET의 입력 캐패시턴스)의 곱으로 이루어지는 시정수(R5*Ciss)를 가지고 모스 FET(11)의 게이트를 충전함으로써 모스 FET를 턴-온시키므로 그 턴-온시간을 길게 가지며, 반대로 탄-오프시에는 방전 초기에 트랜지스터 다이오드(Q13)를 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 베이스 전류를 공급하여 트랜지스터(Q15)가 충분히 포화동작이 이루어질 수 있게 하고 그 트랜지스터(Q15)가 포화동작상태에서 다이오드(D1)의 특성을 이용하여 그 다이오드(D1)와 저항(R6)을 통해 FET의 입력 캐패시턴스에 충전된 전압을 방전(이때 D1은 단락으로 간다)함으로써 턴-오프시간을 짧게할 수 있었다.

그러나 상기와 같이 사용되는 저항(R5)(R6)과 다이오드(D1)(D2)는 전력용 소자로서 똑같은 회로 구성을 가지고 IC화하기에는 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS내에서 게이트를 직접적으로 원하는 시정수로써 구동시킬 수 있는 토템폴 구조 SMPS의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로의 특징은 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS내에서 게이트를 직접적으로 원하는 시정수로 구동시킬 수 있도록 FET의 게이트 온/오프 시간 조정수단과 게이트 보호수단을 SMPS 제어용 IC의 내부에 집적시켜 FET의 게이트 구동을 위한 SMPS 제어 IC의 출력단을 구성함에 있다.

이하, 본 발며엥 따른 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 센스 FET를 이용한 원칩 패키지시의 게이트 구동회로의 일 실시예도로서, 도면에 도시된 바와 같이 저항과 다이오드의 전력용 소자를 이용하지 않고 패키지화된 SMPS내에서 게이트를 직접적으로 원하는 시정수로써 구동시킬 수 있도록 센스 FET(21)의 게이트 온/오프 시간 조정수단과 게이트 보호수단을 SMPS 제어 IC(20)의 내부에 집적시켜 SMPS 제어 IC(20)의 출력단을 구성하고 있으며, 이때 게이트 보호수단으로서 주 스위칭 소자인 센스 FET(21)의 게이트-소오스간 보호용 다이오드(D3)는 출력단 트랜지스터(Q14)의 에미터 전압을 제한하는 트랜지스터(Q11)의 베이스-접지간에 연결하여 출력단 트랜지스터(Q14)의 에미터 전압을 작은 전류에 의해 일차적으로 제한할 수 있게 함으로써, FET 보호용 다이오드로 사용되었으며, 또한 이때의 다이오드(D3)의 FET의 게이트 단자에 연결되는 경우(제1도의 다이오드)에 비해 작은 전류로써 구동가능하므로 IC화하는데 유리하다. 그리고 게이트 온/오프 시간 조정수단으로서 저항(R7)(R8)은 출력단 전압을 일정하게 유지시키는 트랜지스터 다이오드(Q13)의 베이스 단자와 출력한 트랜지스터(Q14)의 에미터 단자와 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 콜렉터 단자와의 공통 접점에 직렬로 연결하되, 상기 두 저항(R7)(R8)은 센스 FET(12)의 게이트단자에서 보았을 때 병렬로 연결되게 구성하여 턴-온/오프시 게이트 충전시간을 길게 함과 동시에 게이트 방전시간을 조절할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

제3도는 제2도의 게이트 구동회로도에서 제2입력단(Vin2)을 접지단자로 연결한 상태에서 새뮬레이션한 결과 제1입력단 전압(Vin1)과 출력단 전압(vout)의 파형도이고, 제4도는 상기 제3도와 같은 상황에서 제2도의 출력단자를 접지단자에 단락시켰을 때 턴-온시 출력단자를 통해 외부에 공급되는 최대전류(Ivout)를 시뮬레이션으로 검증한 결과의 전류 파형도이며, 여기서 출력전류는 200mA를 목표로 하였다.

이상에서와 같은 구성을 참고하여 본 발명에 따른 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1도에서 보면 모스 FET(11)의 턴-온시에는 두 저항(R5)(R6)에 의해 모스 FET(11)의 게이트 전압을 제어하는 게이트 충전 전류의 최대치가 제한되며, 이때의 충전시간은 저항(R5)과 캐패시턴스(Ciss; 모스 FET의 입력 캐패시턴스)의 곱으로 이루어지는 시정수(R5*Ciss)를 가지고 충전하도록 되어 있으므로 제2도에서는 상기 제1도의 전력용 저항(R5)(R6)이 하던 역할을 SMPS 제어 IC(20)내의 저항(R7)(R8)을 집적함으로써, 그 저항(R7)(R8)에 의해 센스 FET(21)의 게이트 충전전류의 최대치(V(트랜지스터(Q14)의 에미터)/저항(R8))가 저항되고, 또한 저항(R8)*캐패시턴스(Ciss)의 시정수를 가지고 상기 V(트랜지스터(Q14)의 에미터) 전압까지 충전되도록 설정되어 원하는 동작을 만들어낼 수 있게 된다. 반대로 센스 FET(21)의 턴-오프시에는 방전 초기에 트랜지스터 다이오드(Q13)를 통해 트랜지스터(Q15)의 베이스 전류를 공급하여 트랜지스터(Q15)가 충분히 포화동작이 이루어질 수 있게 하므로 트랜지스터(Q15)가 포화동작상태에서 저항(R5)을 통해 입력 캐패시턴스를 방전(이때 D1은 단락으로 간다) 시킨다. 따라서 그와 유사한 동작을 가져갈 수 있도록 제2도에서는 트랜지스터 다이오드(Q13)의 베이스 단자를 출력단 트랜지스터(Q14)의 에미터단자에 공통 연결하고 저항(R7)은 출력단자와 출력단의 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 콜렉터에 연결함으로써, 제1도와 같은 특성을 얻을 수 있다. 그 동작은 마찬가지로 턴-오프시 처음에는 수십 mA 이상의 전류가 저항(R8)과 트랜지스터 다이오드(Q13)와 입력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q9)를 통해 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 베이스로 공급되어 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)는 포화동작을 하게 되고 따라서 저항(R7)과 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 콜렉터-에미터단자를 통해 센스 FET(21)의 입력 캐패시턴스를 방전시킨다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로에 의하면 전력용 소자로 되어 있는 외부 시정수 소자를 IC화함으로써 응용시 외부 회로가 간단해지며, 하이브리드화 IC에서 게이트 구동을 위한 SMPS 제어용 IC와 모스 FET를 패키지화 시키는데 여러가지 장점을 제공할 수 있는 유용함이 있다.

Claims

패키지화된 SMPS내에서 게이트를 직접적으로 원하는 시정수로 구동시킬 수 있도록 FET의 게이트 온/오프 시간 조정수단과 게이트 보호수단을 SMPS 제어용 IC의 내부에 집적시켜 FET의 게이트 구동을 위한 SMPS 제어 IC의 출력단을 구성함을 특징으로 하는 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로.
제1항에 있어서, 상기 게이트 보호수단으로서 주 스위칭 소자인 센스 FET(21)의 게이트-소오스간 보호용 다이오드(D3)를 출력단 트랜지스터(Q14)의 에미터 전압을 제한하는 트랜지스터(Q11)의 베이스-접지간에 연결하여 출력단 전압을 작은 전류에 의해 일차적으로 제한할 수 있게 연결함을 특징으로 하는 토템폴 구조를 갖는 SMPS의 게이트 구동회로.
제1항에 있어서, 상기 게이트 온/오프 시간 조정수단으로서 출력단에 대해 병렬 접속인 두 저항(R7)(R8)을 출력단 전압을 일정하게 유지시키는 트랜지스터 다이오드(Q13)의 베이스 단자와 출력단 트랜지스터(Q14)의 에미터 단자와 출력단 전류 싱크용 트랜지스터(Q15)의 콜렉터 단자와의 공통 접점에 직렬로 연결하여 턴-온/오프시 게이트 충전시간과 게이트 방전시간을 조절할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 토템폴 구조를 SMPS의 게이트 구동회로.