KR100391886B1 - 공급전압스위칭장치 - Google Patents

Abstract

부하(2)의 가변 전압 요구에 응답하여 상이한 공급 전압(VB1, VB2, VB3) 사이에서 부하를 자동적으로 스위칭시키는 장치(1)는 다수의 아날로그 직렬 조절기(5, 6, 7)를 구비한다. 상기 직렬 조절기의 공급 전압 접속 단자(11, 12, 13)는 상기 공급 전압들(VB1, VB2, VB3)중 개별적인 한 전압에 접속되는 반면에, 상기 직렬 조절기의 출력 단자는 동일 방향으로 부하(2)에 및 상기 부하(2)로부터 개별적으로 전류를 전도시키기 위해 부하(2)에 접속된다. 상기 직렬 조절기의 기준 전압 입력 단자(14, 15, 16)는, 보다 큰 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 보다 작은 절대값이 공급 전압에 접속된 직렬 조절기보다 작은 절대값의 기준 전압을 공급받도록 적응되고 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 출력하는 출력 전압보다 작은 절대값의 출력 전압을 출력 단자상에 출력하도록 하는 방식으로, 부하(2)의 전압 요구에 응답하여 개별적인 기준 전압(VR1, VR2, VR3)을 공급받는다.

Description

공급 전압 스위칭 장치

두 개의 배선 회로에 공급하기 위한 가입자 선 인터페이스 회로(SLIC)는 선전류 뿐만 아니라 선 전압을 선 부하의 함수로 만드는 급전(給電)특성을 갖는다.

이 선이 개방된 경우, 전류가 제로로 됨과 동시에 이 선에는 최대 전압이 공급된다. SLIC를 기능시키기 위하여, SLIC는 필요로 되는 선 전압보다 어느 정도 높은 공급 전압에 액세스하여야만 한다.

선이 폐쇄되는 경우, 즉 이 선에 부하가 걸리면, 이 선과 부하의 저항의 합에 따라 선 전압은 감소하고 선 전류는 증가할 것이다.

공급 전압과 선 전압간의 차 전압은 선 전류를 흐르게 하는 SLIC 양단에 인가된다. 이것이 SLIC에서 전력 손실(power dissipation)을 초래한다.

SLIC에서의 전력 손실은 단락 선, 즉 선과 부하의 낮은 총 저항값에서 가장 높게된다.

많은 경우에서, SLIC에서의 전력 손실을 수용한다. 어떤 경우에, 최대 전력 손실을 낮게 유지하기 위하여 각 선에서 DC/DC 변환기가 사용될 수 있다. 그리고나서, 각 변환기로부터의 출력 전압은 현재의 선 부하에 적응되도록 하기 위하여 연속적으로 제어된다. 그러나, 이와 같은 변환기의 사용이 방사(radiation)를 간섭하고 회로의 복잡도를 증가시킨다.

다수의 상이한 공급 전압에 액세스함으로써, SLIC에서의 전력 손실은 공급 전압으로 스위칭 됨으로써 감소될 수 있는데, 이 공급 전압은 그 순간에 적절한 최저의 절대값을 갖는다.

적절한 공급 전압을 인가하기 위하여 스위치를 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이와 같은 해결책은 스위치가 항상 단지 전, 후로 스위칭 되는 상황으로 종료되지 않도록 상이한 전압간의 스위칭을 위한 판단-레벨이 어떤 히스테리시스를 갖는 것을 필요로 한다. 게다가, 상이한 전압간의 스위칭은 SLIC의 구동 증폭기로의 공급 전압을 계단적으로 변화시키는데, 이것이 교란을 야기시킨다.

본 발명은 부하의 가변 전압 요구에 응답하여 상이한 공급 전압간에서 부하를 자동적으로 스위칭 시키는 장치에 관한 것이다.

도 1은 개략적으로 도시된 SLIC 형태의 부하에서 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면

본 발명의 목적은 상술된 단점을 나타내지 않고 가변 전압 요구하는 부하에서 전력 손실을 최소로 하는 공급 전압 스위칭 장치를 제공하는 것이다.

이것은 부하의 가변 전압 요구에 응답하여 상이한 공급 전압 사이에서 부하를 자동적으로 스위칭 시키는 본 발명에 따른 장치에 의해 성취되는데, 상기 장치는 다수의 아날로그 직렬 조절기(regulator)를 구비하며, 상기 조절기의 공급 전압 접속 단자는 상기 공급 전압들중 개별적인 하나의 전압에 접속되고, 상기 조절기의 출력 단자는 동일 방향으로 부하에 및 상기 부하로부터 개별적으로 전류를 전도시키기 위하여 부하에 접속되고, 상기 조절기의 기준 전압 입력 단자는, 보다 큰 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기 보다 작은 절대값의 기준 전압을 공급받도록 적응되고, 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 출력하는 출력 전압보다 작은 절대값의 출력 전압을 출력 단자상에 출력하도록 하는 방식으로, 부하의 전압 요구에 응답하여 개별적인 기준 전압을 공급받는다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

도면에서, 1은 일반적으로 부하의 가변 전압 요구에 응답하여 소정수의 상이한 공급 전압간에서 부하를 자동적으로 스위칭시키기 위한 장치를 도시한 것이다.

도시된 실시예에서, 부하는 두 개의 배선(A 및 B)을 갖는 가입자 선에 공급하기 위한 두 개의 출력 증폭기(3 및 4)를 갖는 개요적으로 도시된 SLIC(2)를 구비하는데, 상기 두개의 배선의 각각의 한 단부가 가입자 스테이션(L)에 접속되어 있다.

SLIC(2)는 본 발명에 따른 스위칭 장치(1)와 접지(G) 사이에 접속된다.

도시된 실시예에서, 스위칭 장치(1)는 세 개의 아날로그 직렬 조절기(5, 6, 7)를 구비하지만, 파선으로 도시된 바와 같이, 세 개 이상의 직렬 조절기가 있을 수 있다. 물론, 세 개 보다 적은 조절기가 있을 수 있다는 것을 주지해야 한다. 직렬 조절기(5, 6, 7)의 출력 단자는 SLIC(2)에 접속되고, 동일한 방향으로 SLIC(2)에 및 상기 SLIC(2)로부터 개별적으로 전류를 전도시키도록 적응된다. 이 기능은 도시된 실시예에서 각각 다이오드(8, 9, 10)로 표시된다.

각 직렬 조절기(5, 6, 7)는 개별적인 공급 전압(VB1, VB2, VB3)에 각각 접속되는 각각의 공급 전압 접속 단자(11, 12, 13)를 갖는다.

VB3는 가장 큰 절대값을 갖는 공급 전압이다. 이 실시예에서, VB3은 -48V, 즉 배터리 전압과 동일한 것으로 가정된다. 이 경우, 공급 전압(VB2와 VB1)의 절대값은 공급 전압(VB3)보다 낮다. 예컨대, -30V와 -15V이다.

게다가, 이 실시예에서 각 직렬 조절기(5, 6, 7)는 SLIC(2)의 부의(negative) 전압 요구에 응답하여 개별적인 부의 기준 전압(VR1, VR2, VR3) 각각을 공급받는 각각의 기준 전압 입력 단자(14, 15, 16)를 갖는다.

도시된 실시예에서, VR3은 소망의 부의 SLIC 전압에 대응하는 반면, 기준 전압(VR2 및 VR1)은 절대값이 VR3보다 큰, 예컨대 도면의 배터리 셀로 개략적으로 도시된 바와 같이, VR2 = VR3 - 0.5V 및 VR1 = VR3 - 1.0V인 전압에 대응한다. 따라서, 부의 전압이 사용되는 본 실시예에서 VR2는 VR3 보다 부의 값인 반면, VR1을 VR3과 VR2 둘다 보다 더 부의 값을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따라서, 보다 큰 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기에는 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기보다 작은 절대값의 기준 전압이 공급된다.

도시된 실시예에서, 최대 절대값을 갖는 공급 전압(VB3)에 접속된 직렬 조절기(7)는 자신의 출력 단자에서 다른 직렬 조절기(5, 6)가 출력하는 출력 전압 보다 낮은 절대값을 가지는 출력 전압을 SLIC(2)에 출력할 것이다. 두 번째 큰 절대값을 가지는 공급 전압(VB2)에 접속되는 직렬 조절기(6)는 자신의 출력 단자에서 다른 직렬 조절기(5, 7)가 출력하는 출력 전압중 두 번째 작은 절대값을 가지는 출력 전압을 SLIC(12)에 출력할 것이다. 대응하는 방식으로, 도시된 본 실시예에서, 공급 전압(VB1,VB2,VB3)중 가장 낮은 절대값을 가지는 공급 전압(VB1)에 접속되는 직렬 조절기(5)는 자신의 출력 단자에서 다른 직렬 조절기(6, 7)가 출력하는 출력 전압보다 큰 절대값을 가지는 출력 전압을 SLIC(2)에 출력한다.

이와 관련하여, 직렬 조절기는 물론 자신의 공급 전압 접속 단자에 인가되는 공급 전압을 초과하는 출력 전압을 그의 출력 단자에서 출력할 수 없다는 것을 주지하여야 한다.

이하의 예에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, SLIC(2)의 출력 증폭기는 본 발명에 따른 스위칭 장치(1)에 의해 상이한 공급 전압(VB1, VB2, VB3)을 공급받는다. 도시된 실시예에서, SLIC(2)로부터의 전류는 최저의 적절한 절대값을 갖는 공급 전압으로, 자동적으로 흐르게 될 것이다. 이에 의해, SLIC(2)에서의 전력 손실은 최소화될 것이다.

따라서, SLIC(2)로부터의 전류는 직렬 조절기(5, 6, 7) 사이에서 정류되어, 이 전류는 각 출력 전압에 대해 가장 낮은 전력 손실을 제공하는 직렬 조절기를 통해 흐르게 된다.

이하의 예에서 보다 명확히 알 수 있는 바와 같이, 하나의 직렬 조절기에서다른 조절기로 전송될 때, 두 직렬 조절기가 동시에 전도되는 협 전압 범위가 존재한다. 이로 인해, 연속적인 전송이 이루어져, 결국 실질적으로 교란이 일어나지 않게 된다.

본 발명에 따르면, 스위칭 장치(1)로부터 SLIC(2)로의 출력 전압은 클램프 다이오드(clamp diode)(17)에 의해 절대값이 공급 전압(VB1, VB2, VB3)보나 낮은 선택된 전압(VB4)으로 클램프된다. 만일, SLIC(2) 양단의 소망 전압 값, 즉 기준 전압(VB3)이 전압(VB4)보다 낮다면, SLIC(2)로부터의 전류는 클램프 다이오드(17)를 통해 흐르게 되고 SLIC(2)로의 입력 전압은 VB4로 클램프 되는데, 즉 VB4로 고정된다.

이와 관련하여, 가장 단순한 형태의 본 발명에 따른 공급 전압 스위칭 장치(도시되지 않음)는 단지 하나의 직렬 조절기 및 클램프 다이오드를 구비한다는 것을 주지하여야 한다. 이 경우, 단지 두 개의 공급 전압만이 SLIC로 스위칭된다.

스위칭 장치(1)의 기능은 SLIC(2)의 네 개의 상이한 전압 요구를 참조하여 상세하게 후술될 것이다.

상기와 같이, VB3 = -48V, VB2 = -30V 및 VB1 = -15V라 가정하자.

상술된 바와 같이, 공급 전압(VB4)의 절대값 VB4는 공급 전압(VB1, VB2, VB3)의 절대값보다 낮다. 이 관점에서, VB4 = -10V라 가정하자.

상기에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서 기준 전압(VR3)은 SLIC(2)의 소망의 전압 요구 값과 동일한 반면, 기준 전압 VR2 = VR3 - 0.5V 및 VR1 = VR3 - 1.0V이다.

예 1.) SLIC(2)의 전압 요구가 -8V, 즉 VR3 = -8V라 가정하자.

결국, 상기에 따라 VR2 = -8.5V 및 VR1 = -9V가 된다.

그러므로, 직렬 조절기(7, 6, 5)의 출력 단자, 즉 다이오드(10, 9, 8)의 캐소드의 전압은 각각 -8V, -8.5V, 및 -9V가 될 것이다.

클램프 다이오드(17)의 캐소드상의 전압은 일정하게 VB4, 즉 -10V가 된다.

이 예에서, 모든 다이오드(8, 9, 10)가 역방향 바이어스됨과 동시에 캐소드가 최저 전압인 클램프 다이오드(17)는 순방향 바이어스될 것이다. 스위칭 장치(1), 클램프 다이오드(17)의 애노드 및 SLIC(2)간의 상호접속점에서의 전압은 -10V가 되고, SLIC(2)로부터의 전류는 결국 순방향 바이어스된 클램프 다이오드(17)를 통해 VB4로 흐르게 된다. 따라서, 직렬 조절기(5, 6, 7)중 어느 것도 어떤 전류를 전도하지 않게 된다.

이 예에서, SLIC(2) 양단의 전압은 10V가 될 것이다. 만일, 스위칭 장치(1) 또는 클램프 다이오드(17) 어느 것도 존재하지 않는다면, SLIC(2)로의 공급 전압은 -48V가 되어, 결국, SLIC(2) 양단의 전압 강하는 48V가 되는데, 물론 이것은 SLIC(2)에서 매우 높은 전력 손실을 야기시킨다.

예 2.) SLIC(2)의 전압 요구가 -12V, 즉 VR3=-12V로 변경된다고 가정하자.

따라서, 상기에 따라 VR2=-12.5V 및 VR1=-13V가 된다.

그러므로, 직렬 조절기(7, 6, 5)의 출력 단자, 즉 다이오드(10, 9, 8)의 캐소드상의 전압은 각각 -12V, -12.5V 및 -13V가 될 것이다.

클램프 다이오드(17)의 캐소드상의 전압은 여전히 일정하게 -10V가 된다.

최저 전압이 다이오드(8)의 캐소드에 현재 인가되는데, 결국 모든 다이오드(17, 9, 10)가 역방향 바이어스됨과 동시에 상기 캐소드는 동시에 순방향 바이어스된다. 따라서, 스위칭 장치(1), 클램프 다이오드(17)의 애노드 및 SLIC(2)간의 상호접속점에서의 전압은 -13V가 되고, 결국 SLIC(2)로부터의 전류는 다이오드(8)를 통해 VB1로 흐르게 된다.

따라서, 이 경우, 단일의 직렬 조절기, 즉 직렬 조절기(5)가 전류를 전도한다.

전압 요구가 -8V에서 -12V로 변경됨으로써, 공급 전압 공급은 VB4에서 VB1로 변위하게 된다.

이 예에서, SLIC(2) 양단의 전압 강하는 13V가 되는 반면, 직렬 조절기(5) 양단의 전압 강하는 2V가 될 것이다.

또한 이 경우에, SLIC(2)로부터의 전류는 최저 적절한 절대값을 갖는 공급 전압, 즉 VB1=-15V로 흐르게 된다.

예 3.) SLIC(2)의 전압 요구가 -14.5V, 즉 VR3 = -14.5V로 된다고 가정하자.

따라서, VR2 = -15V 및 VR1 = -15.5V가 된다.

그러므로, 직렬 조절기(7, 6)의 출력 단자, 즉 다이오드(10, 9)의 캐소드상의 전압은 각각 -14.5V 및 -15V가 되는 반면, 자신의 출력 단자상에서 -15.5V를 출력하는 직렬 조절기(5)는 -15V, 즉 공급 전압(VB1) 이상을 출력할 수 없다. 따라서, 다이오드(8)의 캐소드상의 전압은 -15V, 즉 다이오드(9)의 캐소드의 전압과 동일하게 될 것이다.

클램프 다오오드(17)의 캐소드상의 전압은 여전히 일정하게 -10V가 된다.

다이오드(8, 9)의 캐소드 둘다는 최저 전압으로 되고, 결국 다이오드 둘다가 역방향 바이어스됨과 동시에 이들 다이오드는 순방향 바이어스된다.

따라서, 스위칭 장치(1), 클램프 다이오드(17)의 애노드 및 SLIC(2)간의 상호접속점에서의 전압은 -15V가 될 것이다.

결국, 이 경우에 SLIC(2)로부터의 전류는 다이오드(8, 9) 사이에서 나뉘어져 VB1과 VB2로 흐르게 된다.

그러므로, 직렬 조절기(8, 9) 둘다는 이 예에서 전류를 전도할 것이다.

전압 요구를 -12V에서 -14.5V로 변경시킴으로써, 공급 전압 공급은 VB1에서 VB1 + VB2로 변위하게 될 것이다.

예 4) SLIC(2)의 전압 요구가 -35V, 즉 VR3 = -35V라고 가정하자.

따라서, VR2 = -35.5V 및 VR1=-36V가 된다.

직렬 조절기(7)의 출력 단자, 즉 다이오드(10)의 캐소드상의 전압은 -35V가 될 것이다.

직렬 조절기(6)는 자신의 출력 단자, 즉 다이오드(9)의 캐소드상에서 -35.5V를 출력하게 되지만, -30V, 즉 VB2 이상을 출력하지 못하는데, 결국 다이오드(9)의 캐소드이 전압은 -30V가 될 것이다.

직렬 조절기(5)는 자신의 출력 단자, 즉 다이오드(8)의 캐소드상에 -36V를 출력하게 되지만 -15V, 즉 VB1이상을 출력하지 못하는데, 결국 다이오드(8)의 캐소드상의 전압은 -15V가 될 것이다.

클램프 다이오드(17)의 캐소드상의 전압은 여전히 일정하게 -10V가 된다.

따라서, 이 예에서, 모든 다이오드(17, 8, 9)가 역방향 바이어스됨과 동시에, 캐소드가 최저 전압인 다이오드(10)는 순방향 바이어스될 것이다. 스위칭 장치(1), 클램프 다이오드(17)의 애노드 및 SLIC(2) 사이의 상호접속점의 전압은 -35V가 되고, SLIC(2)로부터의 전류는 다이오드(10)를 통해 VB3으로 흐르게 될 것이다.

따라서, 직렬 조절기(7)만이 SLIC(2)로부터 전류를 전도할 것이다.

이 예에서, SLIC(2) 양단의 전압 강하는 35V가 되는 반면, 직렬 조절기(7)양단의 전압 강하는 13V가 될 것이다.

따라서, -14.5V에서 -35V로의 전압 요구의 변경은 공급 전압 공급을 VB1 + VB2에서 VB3으로 변위시킨다.

상기 예에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, SLIC(2)에서 전력 손실은 -48V의 공급 전압이 SLIC(2) 양단에 일정하게 인가될 때의 경우와 비교시 본 발명에 따른 스위칭 장치(1)에 의해 상당히 감소될 것이다.

본 발명을 따른 장치는 부의 공급 전안을 요구하는 부하와 관련해 설명되었지만, 이 장치는 정의(positive) 공급 전압, 즉 부하로 흐르는 전류를 요구하는 부하에 대해 동일하게 기능하게 된다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 이와 같은 경우에, 물론 기준 전압(VR3)은 물론 정이 되고 기준 전압(VR2 및 VR1)은 예를 들어 VR3 + 0.5V 및 VR3 + 1.0V와 각각 동일하게 된다.

Claims (6)

1. 부하(2)의 가변 전압 요구에 응답하여 상이한 공급 전압(VB1, VB2, VB3) 간에서 부하(2)를 자동적으로 스위칭시키는 장치(1)로서,

   상기 장치는 다수의 아날로그 직렬 조절기(5, 6, 7)를 구비하며, 상기 조절기의 공급 전압 접속 단자(11, 12, 13)는 상기 공급 전압(VB1, VB2, VB3)중 개별적인 한 전압에 접속되고, 상기 조절기의 출력 단자는 동일 방향으로 부하(2)에 및 상기 부하(2)로부터 개별적으로 전류를 전도시키기 위해 상기 부하(2)에 접속되는데, 상기 조절기의 기준 전압 입력 단자(14, 15, 16)는, 보다 큰 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기보다 작은 절대값의 기준 전압을 공급받도록 적응되고 보다 작은 절대값의 공급 전압에 접속된 직렬 조절기가 출력하는 출력 전압보다 작은 절대값의 출력 전압을 출력 단자상에 출력하도록 하는 방식으로, 부하(2)의 전압 요구에 응답하여 개별적인 기준 전압(VR1, VR2, VR3)을 공급받는 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   최대 절대값의 공급 전압(VB3)에 접속된 직렬 조절기(7)는 부하(2)의 소망 전압 요구의 값에 대응하는 기준 전압(VR3)을 공급받도록 적응되는 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   두 개의상의 공급 전압에 대하여, 상기 직렬 조절기(5, 6, 7)의 수는 공급 전압(VB1, VB2, VB3)의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 직렬 조절기(5, 6, 7)의 수는 공급 전압(VB1, VB2, VB3)의 수 보다 하나 적은 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   전압 클램프(17)는 상기 부하(2) 및 최저 절대값을 갖는 공급 전압(VB4)간에 접속되고 상기 직렬 조절기(5, 6, 7)와 동일한 방향으로 부하(2)에 및 상기 부하(2)로부터 전류를 전도시키도록 적응되는 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 전압 클램프(17)는 클램프 다이오드인 것을 특징으로 하는 공급 전압 스위칭 장치.

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