KR0180466B1 - 데드 타임 제어회로 및 이를 이용한 벅 컨버터 - Google Patents
데드 타임 제어회로 및 이를 이용한 벅 컨버터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 데드 타임 제어회로 및 이를 이용한 벅 컨버터를 공개한다. 데드 타임 제어회로는 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단, 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단, 삼각파를 발생하기 위한 발진수단, 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단, 상기 증폭수단의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원, 및 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 상기 전압원의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단으로 구성되어 있다. 따라서, 회로구성이 간단하고 전압원의 전압값을 가변함으로써 손쉽게 데드 타임을 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 데드 타임 제어회로에 관한 것으로, 특히 회로 구성이 간단한 데드 타임 제어회로 및 이를 이용한 벅 컨버터에 관한 것이다.
노트북(notebook) 컴퓨터와 같은 포터블(portable) 전자 장치는 시장 경쟁력의 중요한 한 요소로서 효율이 얼마나 높은가를 따지게 된다. 이는 밧데리를 전압원으로 사용하기 때문에 제품의 효율이 높으면 높을수록 보다 긴 시간을 사용할 수 있기 때문이다. 이처럼 포터블 전자 장치의 경우, 보다 높은 효율의 제품을 개발하기 위해 노력하고 있는데, 그 중에서 밧데리나 외부 어뎁터를 통해 들어온 직류전압을 일정한 정전압으로 변환시켜 각각의 장치에 안정된 전원을 공급해주는 전원 변환장치의 경우 포터블 전자 장치의 고 효율화에 큰 비중을 차지하게 된다.
노트북 컴퓨터의 경우, 이러한 직류-직류 변환기(DC-DC converter)의 효율을 높이기 위하여 종래의 하나의 능동 스위칭 소자와 프리휠링 다이오우드를 이용한 벅 변환기(buck converter)에서 다이오우드대신 또 다른 능동 스위칭소자를 사용한 동기 정류형의 벅 변환기를 사용하고 있다.
이러한 동기 정류형의 직류-직류 변환기는 종래의 벅 변환기(Buck converter)의 다이오우드에서 소비되는 전력을 스위칭소자로 대치함으로써, 보다 많은 효율의 개선을 가져다 준다.
이러한 동기 정류형 직류-직류 변환기는 두개의 스위칭 소자 구동단이 서로 상보적으로 동작하게 되는데, 이때, 두 스위칭 소자가 동시에 온구간에 있을 때 발생되는 스위칭 손실 및 스트레스를 줄이기 위해서는 한쪽 스위치가 완전히 오프되었을 때 다른 스위치를 온시켜주는 데드타임(dead time)이 필요하게 된다.
동기 정류형 직류-직류 변환기는 통상 스위칭 주파수와 직류-직류 변환기에 사용된 저항, 인덕터, 캐패시터들에 의해 동기 정류 시스템의 효율이 최적이 되게하는 데드 타임 값이 결정되게 되는데, 보다 효율이 높은 시스템을 구현하기 위해서는 외부적으로 적절한 데드 타임을 제어할 수 있는 기능이 필요하게 된다.
종래의 동기 정류를 위한 데드 타임 제어회로는 지연회로와 여러 로직 게이트를 이용한 조금 복잡한 회로로 이루어져 있으며 또한, 펄스폭 변조회로와 함께 집적화할 경우에 외부적으로 데드 타임을 제어하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 회로구성이 간단하고 데드타임을 손쉽게 제어할 수 있는 타임 제어회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회로 구성이 간단한 데드 타임 제어회로를 이용한 벅 컨버터를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명의 일실시예의 데드 타임 제어회로를 나타내는 것이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예의 데드 타임 제어회로를 나타내는 것이다.
도3A-C는 도1 및 도2에 나타낸 회로의 각 부 출력 파형을 나타내는 것이다.
도4는 본 발명의 데드 타임 제어회로를 이용한 벅 컨버터를 나타내는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데드 타임 제어회로는 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단, 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단, 삼각파를 발생하기 위한 발진수단, 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단, 상기 증폭수단의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원, 및 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 상기 전압원의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데드 타임 제어회로를 이용한 벅 컨버터는 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단, 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단, 삼각파를 발생하기 위한 발진수단, 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단, 상기 증폭수단의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원, 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 상기 전압원의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단, 상기 제1, 제2비교수단의 출력신호에 의해서 각각 제어되는 제1, 2스위칭 트랜지스터들, 상기 제1, 제2스위칭 트랜지스터들의 공통점과 접지사이에 직렬 연결된 인덕터 및 캐패시터, 상기 캐패시터에 병렬 연결된 부하, 및 상기 캐패시터와 부하의 공통점으로 부터의 신호를 입력하여 펄스폭을 조절하여 상기 입력신호를 발생하기 위한 펄스폭 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 데드 타임 제어회로 및 이를 이용한 벅 컨버터를 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 일실시예의 데드 타임 제어회로를 나타내는 것으로, 입력전압(Vin)이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압(Vref)이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 에러 증폭기(10), 에러 증폭기(10)의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 소자(8), 삼각파를 발생하기 위한 발진기(12), 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 에러 증폭기(10)의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 신호(D)를 발생하기 위한 출력단자를 가진 비교기(14), 에러 증폭기(10)의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원(Voffset), 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 전압원(Voffset)의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 신호(E)를 발생하기 위한 출력단자를 가진 비교기(16)으로 구성되어 있다.
도2는 본 발명의 다른 실시예의 데드 타임 제어회로를 나타내는 것으로, 도1에 나타낸 회로의 전압원(Voffset)(18)을 제거하고, 에러 증폭기(10)의 출력단자와 비교기(16)의 포지티브 입력단자사이에 저항(R1)을 연결하고, 비교기(16)의 포지티브 입력단자와 접지사이에 전류원(I1)을 연결하여 구성되어 있다.
도3a-c는 도1 및 도2에 나타낸 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것으로, 도3a는 비교기의 입력신호들(A, B, C), 도3b는 비교기(14)의 출력신호(D), 도3c는 비교기(16)의 출력신호(E)를 각각 나타내는 것이다.
도3a-c를 이용하여 도1 및 도2에 나타낸 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다. 회로가 정상상태일 때, 에러 증폭기(10)의 출력전압은 일정전압으로 고정된다. 에러 증폭기(10)의 출력전압(B)은 비교기(14)의 네거티브 입력단자로 인가된다. 그리고, 에러 증폭기(10)의 출력전압에 전압(Voffset)를 뺀 전압(C)이 비교기(16)의 포지티브 입력단자에 인가된다. 발진기(12)로 부터 발생된 삼각파(A)는 비교기(14)의 포지티브 입력단자와 비교기(16)의 네거티브 입력단자에 인가된다. 비교기(14)는 신호(A)의 전압이 신호(B)의 전압보다 큰 경우에 하이레벨의 신호(D)를 발생하고, 신호(A)의 전압이 신호(B)의 전압보다 작은 경우에는 로우레벨의 신호(D)를 발생한다. 비교기(16)는 신호(A)의 전압이 신호(C)의 전압보다 큰 경우에는 로우레벨의 신호(E)를 발생하고, 신호(A)의 전압이 신호(C)의 전압보다 작은 경우에는 하이레벨의 신호(E)를 발생한다. 즉, 신호(D)와 신호(E)는 상보적으로 동작하게 되며, 신호(B)와 신호(C)의 전압차에 해당하는 오프셋 전압(Voffset)을 조절함에 의해서 데드 타임(td)을 제어할 수 있게 된다. 도2에서는 전류원(I1)의 값을 조절함에 의해서 저항(R1)에 걸리는 오프셋 전압(Voffset)을 가변시켜 데드 타임(td)을 쉽게 제어할 수 있게되는데, 오프셋 전압(Voffset)이 클수록 데드 타임(td)이 커지고, 작을수록 데드 타임(td)이 작아진다. 도1에서는 전압원(Voffset)의 값을 가변시켜 데드 타임을 제어하게 되고, 도2에서는 전류원(I1)의 값을 가변시켜 쉽게 데드 타임을 제어하게 된다.
도4는 본 발명의 데드 타임 제어회로를 이용한 벅 컨버터를 나타내는 것으로, 신호(Vin)를 입력하여 데드 타임을 제어하기 위한 데드 타임 제어회로(30), 데드 타임 제어회로(10)의 출력신호들(D, E)을 각각 버퍼하기 위한 버퍼들(32, 34), 전원전압(Vcc)과 접지사이에 직렬 연결되고 버퍼들(32, 34)의 출력신호에 의해서 각각 제어되는 NMOS트랜지스터들(36, 38), NMOS트랜지스터들(36, 38)의 공통점과 접지사이에 직렬 연결된 인덕터(L) 및 캐패시터(C), 캐패시터(C)에 병렬 연결된 부하(40), 및 캐패시터(C)와 부하(40)의 공통점으로 부터의 신호를 입력하여 펄스폭을 조절하고 데드 타임 제어회로(30)로 출력하기 위한 펄스폭 제어회로(42)로 구성되어 있다.
펄스폭 제어회로(42)는 부하(40)에 걸리는 전압을 궤환 입력하여 일정한 전압으로 조절한다. 만일 부하(40)에 걸리는 전압이 이미 정해진 전압보다 큰 경우에는 부하(40)에 걸리는 전압이 작아지도록 하기 위한 신호(Vin)를 발생하고, 만일 부하(40)에 걸리는 전압이 이미 정해진 전압보다 작은 경우에는 부하(40)에 걸리는 전압이 커지도록 하기 위한 신호(Vin)를 발생한다. 데드 타임 제어회로(30)는 신호(D)가 완전히 하이레벨로 된 후에 신호(D)와 상보적인 로우레벨의 신호(E)가 발생되도록 하고, 신호(D)가 완전히 로우레벨로 된 후에 신호(D)와 상보적인 하이레벨의 신호(E)가 발생되도록 하여 NMOS트랜지스터들(36, 38)이 서로 상보적으로 동작하도록 한다.
따라서, 본 발명의 데드 타임 제어회로는 회로 구성이 간단하고, 오프셋 전압을 가변함으로써 손쉽게 데드 타임을 제어할 수 있다.
Claims (8)
- 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단; 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단; 삼각파를 발생하기 위한 발진수단; 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단; 상기 증폭수단의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원; 및 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 상기 전압원의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단을 구비한 것을 특징으로 하는 데드 타임 제어회로.
- 제1항에 있어서, 상기 전압원의 전압을 가변함에 의해서 데드 타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 데드 타임 제어회로.
- 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단; 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단; 삼각파를 발생하기 위한 발진수단; 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단; 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단; 상기 증폭수단의 출력수단과 상기 제2비교수단의 포지티브 입력단자사이에 연결된 저항; 및 상기 저항과 접지사이에 연결된 전류원을 구비한 것을 특징으로 하는 데드 타임 제어회로.
- 제3항에 있어서, 상기 전류원의 전류를 가변함에 의해서 데드 타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 데드 타임 제어회로.
- 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단; 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단; 삼각파를 발생하기 위한 발진수단; 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단; 상기 증폭수단의 출력단자에 연결된 포지티브 단자를 가진 전압원; 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 상기 전압원의 네거티브 단자에 연결된 포지티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단; 상기 제1, 제2비교수단의 출력신호에 의해서 각각 제어되는 제1, 2스위칭 트랜지스터들; 상기 제1, 제2스위칭 트랜지스터들의 공통점과 접지사이에 직렬 연결된 인덕터 및 캐패시터; 상기 캐패시터에 병렬 연결된 부하; 및 상기 캐패시터와 부하의 공통점으로 부터의 신호를 입력하여 펄스폭을 조절하여 상기 입력신호를 발생하기 위한 펄스폭 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 벅 컨버터.
- 제5항에 있어서, 상기 전압원의 전압을 가변함에 의해서 데드 타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 벅 컨버터.
- 입력전압이 인가되는 네거티브 입력단자와 기준전압이 인가되는 포지티브 입력단자를 가진 증폭수단; 상기 증폭수단의 네거티브 입력단자와 출력단자사이에 연결된 임피이던스 수단; 삼각파를 발생하기 위한 발진수단; 상기 삼각파가 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 증폭수단의 출력신호가 인가되는 네거티브 입력단자와 제1전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제1비교수단; 상기 삼각파가 인가되는 네거티브 입력단자와 제2전압신호를 발생하기 위한 출력단자를 가진 제2비교수단; 상기 증폭수단의 출력수단과 상기 제2비교수단의 포지티브 입력단자사이에 연결된 저항; 상기 저항과 접지사이에 연결된 전류원; 상기 제1, 제2비교수단의 출력신호에 의해서 각각 제어되는 제1, 2스위칭 트랜지스터들; 상기 제1, 제2스위칭 트랜지스터들의 공통점과 접지사이에 직렬 연결된 인덕터 및 캐패시터; 상기 캐패시터에 병렬 연결된 부하; 및 상기 캐패시터와 부하의 공통점으로 부터의 신호를 입력하여 펄스폭을 조절하여 상기 입력신호를 발생하기 위한 펄스폭 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 벅 컨버터.
- 제7항에 있어서, 상기 전류원의 전류를 가변함에 의해서 데드 타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 벅 컨버터.
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