KR100320672B1 - 스위칭 제어 집적회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로를 공개한다. 그 회로는 1차측 코일에 연결되어 스위칭 모드 전원공급장치를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 , 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인과 접지전압사이에 결합되어 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전류를 감지하여 온도에 따라 변화하는 전류 피크치 검출전압을 발생하기 위한 감지저항, 상기 감지저항의 온도 변화와 동일하게 변화하는 적어도 2개이상의 직렬 연결된 저항들로 구성되고, 상기 적어도 2개이상의 직렬 연결된 저항들에 의해서 분배된 전압을 비교전압으로 발생하기 위한 비교전압 발생수단, 상기 검출전압이 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 비교전압이 인가되는 네거티브 입력단자를 가지고 상기 검출전압과 상기 비교전압을 비교하여 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어신호를 발생하기 위한 비교기, 이상 감지시에 2차측 코일의 출력 에러 전압인 피드백 전압이 소정전압보다 크면 상기 비교기로부터 출력되는 제어신호의 발생을 방지하기 위한 보호신호를 발생하는 보호신호 발생수단, 상기 이상 감지시에 상기 피드백 전압을 상기 소정전압까지 충전하기 위한 전하 공급부, 및 상기 보호신호 발생수단으로부터 출력되는 신호에 응답하여 상기 스위칭 트랜지스터를 구동하는 구동수단으로 구성되어 온도변화에 관계없이 일정하게 전류 피크치를 제한시킬 수 있다,

Description

스위칭 제어 집적회로
본 발명은 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로에 관한 것으로서, 특히 온도변화에 무관하게 일정하게 전류 피크치를 제한할 수 있는 스위칭 제어 집적회로에 관한 것이다.
도1은 종래의 스위칭 모드 전원공급장치(SMPS : Switching mode Power Supply)의 스위칭 제어 집적회로의 구성을 나타내는 것으로, 실선으로 표시한 블록이 집적회로 내부의 회로 구성을 나타내는 것이다.
전원공급장치는 1차측 코일과 2차측 코일을 가진 변압기로 구성되며, 이 변압기의 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 집적회로가 필요하다. 스위칭 제어 집적회로는 1차측 코일에 흐르는 전류를 제어함으로써 2차측 코일에 흐르는 전류를 제어하게 된다. 그래서, 2차측 코일의 출력단의 에러 전압이 이 스위칭 제어 집적회로로 피드백된다.
종래의 스위칭 제어 집적회로는 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 트랜지스터(Q1), 스위칭 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류를 감지하여 전류 피크치 검출전압을 발생하기 위한 감지저항(Rs), 상기 출력 에러 전압을 피드백 전압으로 발생하는 피드백 전압 발생부(10), 피드백 전압 발생부(10)의 이상 검출시에 제어신호의 출력을 차단하는 보호신호 발생수단(20), 보호신호 발생수단(20)으로부터 출력되는 제어신호에 응답하여 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동하는 구동수단(30), 및 노드(N1)의 전압과 감지저항(Rs)에서 검출된 피크치 검출전압을 비교하여 제어신호를 발생하기 위한 비교기(U1)를 포함한다. 피드백 전압 발생부(10)의 구성에서, 전류원(13)과 캐패시티(C1)는 스위칭 제어 집적회로 외부의 구성이다.
피드백 전압 발생부(10)는 제 1 정전류(11)를 제 1노드(N1)에 제공하는데 제 1 전류소스, 제 1 정전류 보다는 작은 제 2 정전류(12)를 제 2 노드(V2)에 제공하는 제 2 전류소스, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 순방향으로 연결된 다이오드(D1), 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 연결된 제 1 제너 다이오드(ZD1), 제 2 노드(N2)에 연결된 외부 캐패시터(C1), 제 2 노드(N2)에 연결되는 외부 전류싱크(13)를 포함한다. 보호신호 발생수단(20)은 외부 캐패시터(C1)의 양단전압이 제너 다이오우드(ZD1)의 항복전압(VZ2)이상이면 도통되는 제 2 제너다이오드(ZD2)를 통한 역전류 검출시에 차단신호를 발생하는 보호신호 발생회로(PC), 보호신호에 응답하여 비교기(U1)로부터 출력되는 제어신호를 출력을 차단하기 위한 비논리합 게이트(GI)을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 스위칭 제어 집적회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, SMPS가 정상적으로 동작할 경우 외부 캐패시터(C1)는 제 1 정전류(11)과 제 2 정전류(12)에 의해 충전되고, 외부 캐패시터(C1)에 충전된 전하는 외부 전류원(I3)으로 방전된다.
그러나, SMPS에 과도 현상이 발생하거나 시스템 장애가 발생하여 궤환 루프가 오픈이 되면 즉, 전류 싱크(CS3)를 통하여 충전된 전하의 방전 경로가 차단되면, 도2에 도시된 바와 같이, 0∼t1시간 동안은 제 1 및 2 정전류원(1I, I2)으로부터 전류가 모두 공급되어 외부 캐패시터(C1)는 제로 전압에서 제너다이오드(ZD1)의 항복전압(VZ1)까지 충전된다. 그리고, 외부 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 항복전압(VZ1)보다 커지게 되면, 다이오드(D1)가 오프되어, 외부 개피시티(C1)에는 정전류원(12)으로부터 전류가 충전된다. 그래서, 충전전압이 제너 다이오드(ZD2)의 항복전압까지 충전된다. 그리고, 충전전압이 제너 다이오드(ZD2)의 항복전압보다 커지게 되면 제어 다이오드(ZD2)를 통하여 역전류가 발생하게 된다.
즉, 상기 충전되는 전압이 제너 다이오드(ZD1)의 항복 전압(VZ1)과 같게 되기까지 걸리는 시간을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
C(dv/dt)=i에서
t=(C1/(I1+I2))×VZ1
또한, 외부 커패시터(C1)에 충전되는 전압이 t1∼t2시간 사이에 있을 때, 즉제너다이오드(ZD1)와 제너 다이오드(ZD2)의 전압(VZ1∼VZ2)사이에 있는 동안에는 제 1 전류원(I1)으로부터 출력되는 전류는 다이오드(D1)에 의해 차단되어 제너다이오드(ZD1)을 통하여 접지로 흐르게 된다. 외부 커패시터(C1)는 제 2 전류원(I2)의 정전류에 의해서만 충전된다.
상기 충전되는 전압이 제너 다이오드(ZD2)의 항복전압(V22)과 같게 되기까지 걸리는 시간을 식으로 나타내면 다음과 같다.
t=(C1/I2) ×(VZ2-VZ1)
따라서, 0에서 t1까지의 시간동안의 전압 증가율이 t1에서 t2까지의 시간 동안의 전압 증가율보다 훨씬 크다.
즉, 외부 커패시터(C1)의 전압이 제너다이오드(ZD1)의 항복전압(VZ1) 이상이 되면 제 2 전류원(I2)만으로 외부 커패시터(C1)를 충전하게 되어 제너 다이오드(ZD2)의 항복전압(VZ2)에 이르는 시간을 지연시키게 된다.
그래서, 상술한 바와 같이 이상 동작이 발생되어 제너 다이오드(ZD2)에 의한 역전류가 발생되면 보호신호 발생회로(PC)가 동작되어, 상기 보호신호 발생회로(PC)에서 출력되는 신호에 의해 비교기(U1)에서 출력되는 제어신호가 출력되지 못하게 한다. 그래서, 비논리합 게이트(C1)로 제어신호가 입력되지 못하여 스위칭 트랜지스터(Q1)의 동작을 오프하게 된다.
그런데, 상술한 바와 같이 구성된 종래의 SMPS의 스위칭 제어 집적회로는 스위칭 트랜지스터의 드레인 전류 감지수단이 저항(Rs)으로 구성되어 있기 때문에 온도 변화에 따라 센싱 전류값이 변화하여 제한되는 피크 전류값이 변화하게 된다는문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 온도에 따라 센싱 전류값이 변화하더라도 제한되는 피크 전류값을 일정하게 하기 위한 SMPS의 스위칭 제어 집적회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스위칭 제어 집적회로는 1차측과 2차측 코일로 구성된 변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 제어하기 위한 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로에 있어서, 상기 1차측 코일에 연결되어 스위칭 모드 전원공급장치를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터, 상기 스위칭 트랜지스터의 트레인과 접지전압사이에 결합되어 상기 스위칭 트랜지스터의 트레인 전류를 감지하여 온도에 따라 변화하는 전류 피크치 검출전압을 발생하기 위한 감지저항, 상기 감지저항의 온도 변화와 동일하게 변화하는 적어도 2개이상의 직렬 연결된 저항들로 구성되고, 상기 적어도 2개이상의 직렬 연결된 저항들에 의해서 분개된 전압을 비교전압으로 발생하기 위한 비교전압 발생수단, 상기 검출전압이 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 비교전압이 인가되는 네거티브 입력단자를 가지고 상기 검출전압과 상기 비교전압을 비교하여 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어신호를 발생하기 위한 비교기, 이상 감지시에 상기 2차측 코일의 출력 에러 전압인 피드백 전압이 소정전압보다 크면 상기 비교기로부터 출력되는 제어신호의 발생을 방지하기 위한 보호신호를 발생하는 보호신호 발생수단, 상기 이상 감지시에 상기 피드택 전압을 상기 소정전압까지 충전하기 위한 전하 공급부, 및 상기보호신호 발생수단으로부터 출력되는 신호에 응답하여 상기 스위칭 트랜지스터를 구동하는 구동수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
도1은 종래의 스위칭 제어 집적회로의 구성을 나타낸 회로도이다.
도2는 종래의 스위칭 제어 집적회로의 보호동작을 설명하기 위한 것이다.
도3은 본 발명에 의한 스위칭 제어 집적회로의 구성을 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도3은 본 발명에 의한 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로의 구성을 나타내는 것으로, 스위칭 트랜지스터(Q1), 피드백 전압 발생부(10), 보호신호 발생수단(20), 비교기(U1), 구동부(30), 및 감지저항(Rs)으로 구성되어 있다. 도1의 구성과 비교하여 볼 때, 도1의 노드(N1)와 접지전압사이에 제너 다이오드(ZD1)대신에 저항들(R1, R2)을 직렬 연결하여 구성하고, 저항들(R1, R2)에 의해서 분배된 전압이 비교기(U1)의 네거티브 입력단자로 입력되게 구성된 것이 상이하다.
상술한 바와 같이 구성된 각 부의 기능은 도1에 나타낸 각각의 구성요소의 기능과 동일하며, 비교기(U1)는 감지저항(Rs)에 의해서 감지된 전압과 저항들(R1, R2)에 의해서 분배된 전압과를 비교하여 제어신호를 발생한다.
즉, 본 발명의 스위칭 제어 집적회로는 온도 변화에 따라 감지저항(Rs)의 감지 전압이 달라지는 문제점을 해결하기 위하여 비교기(U1)의 네거티브 입력단에 감지저항(Rs)의 온도 변화율을 가지는 저항들(R1, R2)을 이용하여 전압을 발생시킴에 의해서 온도 변화에 무관하게 제한되는 피크 전류가 일정하도록 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 스위칭 제어 집적회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
외부 커패시터(C1)는 상술한 종래 기술과 같이, 제 2 전류소스수단(CS2)의 제 2 정전류(12)와 제 1 전류소스수단(CS1)의 제 1 정전류(11)에 의해 충전되고, 충전후 외부 전류싱크수단(CS3)을 통하여 방전된다. 이때, 외부 커패시터(C1)의 충전 전압이 저항(R1, R2)의 양단 전압보다 커지게 되면 제 1 전류소스수단(CS1)의 제 1 정전류(I1)는 다이오드(D1)에 의해 차단되고 제 2 전류소스수단(CS2)의 제 2 정전류(I2)에 의해서만 충전되기 시작하므로 외부 커패시터(C1)의 충전 전압 증가율은 제너 다이오드(ZD2)의 전압과 같아질 때까지 서서히 증가하므로 그 만큼의 지연시간을 얻을 수 있다.
외부 커패시터(C1)의 전압은 SMPS 회로에 과도 현상시나 시스팀 장애가 발생하여 피드백 루프가 오픈시에는 제너 다이오드 전압(VZ2)에 의한 역전류에 의해 보호신호 발생회로(PC)가 동작되어 보호신호 발생회로(PC)에서 출력되는 신호에 의해 비교기(U1)의 출력신호인 제어신호가 비논리합 게이트(S1)에 의해 차단되게 된다.
본 발명의 스위칭 제어 집적회로는 도1의 제너 다이오드(ZD1)를 도3에서 도시한 바와 같이, 저항(R1, R2)으로 대체한 것이다.
따라서, 감지저항(Rs)과 저항(R1, R2)은 동일 반도체 기판상에 형성되므로 동일한 온도계수를 가지게 된다. 그러므로, 온도에 따라 감지저항(Rs)의 저항값 변화로 검출신호가 변화되게 되면 이에 비례하여 저항(R2)의 양단에 걸리는 피드백전압도 동일한 온도계수로 변화하게 되므로 항상 일정하게 피크전류를 제한할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 SMPS 제어용 집적회로의 기능을 그대로 유지하면서 온도 변화에 무관하게 제한되는 피크전류를 일정하게 할 수 있다.

Claims (4)

1차측과 2차측 코일로 구성된 변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 제어하기 쉬한 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로에 있어서,
상기 1차측 코일에 연결되어 스위칭 모드 전원공급장치를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터;
상기 스위칭 트랜지스터의 트레인과 접지전압사이에 결합되어 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 전류를 감지하여 온도에 따라 변화하는 전류 피크치 검출전압을 발생하기 위한 감지저항;
상기 감지저항의 온도 변화와 동일하게 변화하는 적어도 2개이상의 직렬 연결된 저항들로 구성되고, 상기 적어도 2개이상의 저항들에 의해서 분배된 전압을 비교전압으로 발생하기 위한 비교전압 발생수단;
상기 검출전압이 인가되는 포지티브 입력단자와 상기 비교전압이 인가되는 네거티브 입력단자를 가지고 상기 검출전압과 상기 비교전압을 비교하여 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어신호를 발생하기 위한 비교기;
이상 감지시에 상기 2차측 코일의 출력 에러 전압인 피드백 전압이 소정전압 보다 크면 상기 비교기로부터 출력되는 제어신호의 발생을 방지하기 위한 보호신호를 발생하는 보호신호 발생수단;
상기 이상 감지시에 상기 피드백 전압을 상기 소정전압까지 충전하기 위한 전하 공급부; 및
상기 보호신호 발생수단으로부터 출력되는 신호에 응답하여 상기 스위칭 트랜지스터를 구동하는 구동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 전하 공급부는
전원전압과 상기 비교전압 발생수단사이에 연결되어 제1정전류를 공급하기 위한 제1정전류원,
상기 제1정전류원의 전류보다 작은 제2정전류를 상기 피드백 전압 발생단자로 인가하기 위한 제2정전류원; 및
상기 제1정류원에 연결된 애노우드와 상기 제2정전류원에 연결된 캐소우드를 가진 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 전하 공급부는
상기 피드백 전압 발생단자와 접지전압사이에 연결된 캐패시터; 및
상기 피드백 전압 발생단자와 접지전압사이에 연결된 전류 싱크를 상기 집적회로 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 보호신호 발생수단은
상기 피드백 전압에 연결된 캐소우드를 가지고, 상기 패드백 전압이 상기 소정전압보다 크면 역전류를 발생하기 위한 제너 다이오드;
상기 재너 다이오드로부터 역전류가 감지되면 상기 보호신호를 발생하기 위한 보호신호 발생회로; 및
상기 보호신호 및 제어신호를 비논리합하기 위한 비논리합 게이트를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원공급장치의 스위칭 제어 집적회로.
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