KR100720246B1 - 전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기에 관한 것으로, 특히 양(+)의 반주기 및 음(-)의 반주기에 각각 채배를 할 수 있어 전압 채배 효율 및 전류 구동능력이 우수하고, 다단으로 연결하여 원하는 전압을 생성할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 의한 다단 전파 전압 채배기는 입력신호가 인가되는 입력부; 입력신호의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단이 하나 이상 다단으로 연결된 전압 채배부; 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 전압채배부와 출력단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 출력 연결부; 및 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 입력부와 접지단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 접지 연결부를 포함한다.

Description

전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기{FULL-WAVE VOLTAGE MULTIPLIER AND MULTI-STAGE FULL-WAVE VOLTAGE MULTIPLIER}
도 1은 종래의 반파 전압 채배기(Half-wave Voltage Multiplier)를 도시하는 회로도.
도 2는 도 1의 반파 전압 채배기를 다단으로 연결한 회로도.
도 3은 종래의 전파 전압 채배기(Full-wave Voltage Multiplier)를 도시하는 회로도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파 전압 채배기의 회로도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파 전압 채배기의 동작 파형도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 전파 전압 채배기의 회로도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 입력부
110 : 전압 채배 기본단
120 : 출력 연결부
130 : 접지 연결부
140 : 다단 전압 채배부
본 발명은 전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기에 관한 것으로, 특히 양(+)의 반주기 및 음(-)의 반주기에 각각 채배를 할 수 있어 전압 채배 효율 및 전류 구동능력이 우수하고, 다단으로 연결하여 원하는 전압을 생성할 수 있는 다단 전파 전압 채배기에 관한 것이다.
일반적으로 전압 채배기(Voltage Multiplier)는 클램핑 작용을 이용하여 변압기의 정격전압을 증대시키지 않고서도 정류 전압 첨두치의 2, 3, 4, ... 배의 직류 전압을 얻을 수 있는 회로이다.
도 1은 종래의 반파 전압 채배기(Half-wave Voltage Multiplier)를 도시하는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전원단(Vin)으로부터 교류 입력 전압이 음(-)일 때, 다이오드 D1은 순방향으로, 다이오드 D2는 역방향으로 바이어스되고, 캐패시터 C1에 전하가 충전된다.
이어서 교류 입력 전압이 양(+)일 때, 다이오드 D2는 순방향으로, 다이오드 D1은 역방향으로 바이어스되고, 캐패시터 C2에 전하가 충전된다. 이때 캐패시터 C1에 충전되었던 전하도 교류 전압과 같은 극성으로 캐패시터 C2를 충전하는데 기여하게 된다.
따라서 여러 주기를 지나게 되면 캐패시터 C2에는 교류 입력 전압의 첨두치 의 2배의 전압이 충전되게 되므로, 출력단(Vout)에서 교류 입력 전압의 첨두치의 2배의 전압이 출력된다.
도 2는 도 1의 반파 전압 채배기를 다단으로 연결한 회로도이다.
도 1의 반파 전압 채배기는 다단으로 연결할 수 있는 장점은 있으나, 양(+)의 반주기만을 전원전압을 발생하는데 사용하고 음(-)의 반주기에는 채배를 하지 않으므로, 전압 채배 효율이 떨어지고 전류 구동능력이 전파 채배기 회로에 비해 낮은 단점을 가진다.
도 3은 종래의 전파 전압 채배기(Full-wave Voltage Multiplier)를 도시하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전원단(Vin)으로부터 교류 입력 전압이 양(+)일 때, 다이오드 D3은 순방향으로, 다이오드 D4는 역방향으로 바이어스되고, 캐패시터 C3에 전하가 충전된다. 이어서 교류 입력 전압이 음(-)일 때, 다이오드 D4는 순방향으로, 다이오드 D3은 역방향으로 바이어스되고, 캐패시터 C4에 전하가 충전된다.
따라서 여러 주기를 지나게 되면 출력단(Vout)에는 교류 입력 전압의 첨두치의 2배의 전압이 걸리게 된다.
도 3의 전파 전압 채배기는 양(+)의 반주기 및 음(-)의 반주기에 각각 채배를 할 수 있는 장점이 있으나, 여러 단으로 연결할 수 없는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 양(+)의 반주기 및 음(-)의 반주기 에 각각 채배를 할 수 있어 전압 채배 효율 및 전류 구동능력이 우수하고, 다단으로 연결하여 원하는 전압을 생성할 수 있는 전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 전파 전압 채배기는 입력신호가 인가되는 입력부; 입력신호의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단; 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 전압 채배 기본단과 출력단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 출력 연결부; 및 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 입력부와 접지단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 접지 연결부를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 다단 전파 전압 채배기는 입력신호가 인가되는 입력부; 입력신호의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단이 하나 이상 다단으로 연결된 전압 채배부; 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 전압 채배부와 출력단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 출력 연결부; 및 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 입력부와 접지단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 접지 연결부를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파 전압 채배기의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 전파 전압 채배기는 입력신호(Vin)가 인가되는 입력부(100), 입력신호(Vin)의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단(110), 입력신호(Vin)의 극성에 따라 선택적으로 출력단(Vout)으로의 전류경로를 형성하는 스위치(D30, D40)를 구비하는 출력 연결부(120) 및 입력신호(Vin)의 극성에 따라 선택적으로 접지단(GND)으로의 전류경로를 형성하는 스위치(D50, D60)를 구비하는 접지 연결부(130)로 구성된다.
입력부(100)는 안테나 또는 트랜스포머(transformer)로 구성될 수 있다. 입력신호(Vin)는 수 Hz에서 수 GHz사이의 모든 신호가 가능하다.
전압 채배 기본단(110)은 좌측 상부 노드(A)에 애노드가, 우측 하부 노드(D)에 캐소드가 각각 연결되는 제 1 다이오드(D10), 좌측 하부 노드(C)와 우측 하부 노드(D) 사이에 연결되는 제 1 캐패시터(C10), 좌측 하부 노드(C)에 애노드가, 우측 상부(B) 노드에 캐소드가 각각 연결되는 제 2 다이오드(D20) 및 좌측 상부 노드(A)와 우측 상부 노드(B) 사이에 연결되는 제 2 캐패시터(C20)로 구성된다.
여기서, 제 1 다이오드(D10) 및 제 2 다이오드(D20)는 MOS 트랜지스터로 구현할 수 있다.
출력 연결부(120)는 노드(B)에 애노드가, 노드(E)에 캐소드가 각각 연결되는 제 3 다이오드(D30), 노드(D)에 애노드가, 노드(E)에 캐소드가 각각 연결되는 제 4 다이오드(D40)로 구성된다.
여기서, 제 3 다이오드(D30) 및 제 4 다이오드(D40)는 MOS 트랜지스터로 구현할 수 있다.
제 3 다이오드(D30) 및 제 4 다이오드(D40)는 전압 채배 기본단(110)과 출력단(Vout) 사이의 전류 경로를 형성하기 위하여 사용된다.
접지 연결부(130)는 입력부(100)의 노드(C)에 캐소드가, 접지단(GND)에 애노드가 각각 연결되는 제 5 다이오드(D50) 및 입력부(100)의 노드(A)에 캐소드가, 접지단(GND)에 애노드가 각각 연결되는 제 6 다이오드(D60)로 구성된다.
여기서, 제 5 다이오드(D50) 및 제 6 다이오드(D60)는 MOS 트랜지스터로 구현할 수 있다.
제 5 다이오드(D50) 및 제 6 다이오드(D60)는 입력부(100)와 접지단(GND) 사이의 전류 경로를 형성하기 위하여 사용된다.
이하, 도 4의 전파 전압 채배기의 동작을 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파 전압 채배기의 동작 파형도이다. 도 5를 참조하면, 입력부(100)의 입력신호(Vin)의 파형의 예가 제시되어 있다.
먼저, 입력부(100)의 입력신호(Vin)의 극성이 양(+)일 때, 제 1 다이오드(D10)는 순방향으로, 제 2 다이오드(D20)는 역방향으로 바이어스되고, 제 1 다이오드(D10)를 통하여 제 1 캐패시터(C10)에 전하가 충전된다.
또, 접지 연결부(130)의 제 5 다이오드(D50)는 순방향으로, 제 6 다이오드(D60)는 역방향으로 바이어스되고, 제 5 다이오드(D50)를 통하여 접지단(GND)으로 전류 경로가 형성된다. 또, 출력 연결부(120)의 제 3 다이오드(D30)는 순방향으로, 제 4 다이오드(D40)는 역방향으로 바이어스되고, 제 3 다이오드(D30)를 통하여 출 력단(Vout)으로 전류 경로가 형성된다.
이어서, 입력부(100)의 입력신호(Vin)의 극성이 음(-)이 되면, 제 2 다이오드(D20)는 순방향으로, 제 1 다이오드(D10)는 역방향으로 바이어스되고, 제 2 캐패시터(C20)에 전하가 충전된다.
또, 접지 연결부(130)의 제 5 다이오드(D50)는 역방향으로, 제 6 다이오드(D60)는 순방향으로 바이어스되고, 제 6 다이오드(D60)를 통하여 접지단(GND)으로 전류 경로가 형성된다. 또, 출력 연결부(120)의 제 3 다이오드(D30)는 역방향으로, 제 4 다이오드(D40)는 순방향으로 바이어스되고, 제 4 다이오드(D40)를 통하여 출력단(Vout)으로 전류 경로가 형성된다.
따라서, 여러 주기를 지나게 되면 출력단(Vout)에는 입력신호(Vin)의 극성에 따라, 입력신호(Vin)와 제 1 캐패시터(C10)의 충전전압의 합 또는 입력신호(Vin)와 제 2 캐패시터(C20)의 충전전압의 합만큼의 전압이 걸리게 되어, 입력신호(Vin)의 첨두치의 2배의 전압이 출력된다. 도 5의 (a)를 참조하면, 입력신호(Vin)의 첨두치의 2배의 전압이 출력됨을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 전파 전압 채배기의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 다른 구성은 도 4의 전파 전압 채배기와 동일하며 전압 채배부(140)가 전압 채배 기본단(110)을 다단으로 연결한 구성으로 되어 있어 연결되는 단의 수만큼 더 높은 전압을 얻을 수 있다.
도 6의 다단 전파 전압 채배기의 동작은 도 4의 전파 전압 채배기의 동작과 유사하다. 다만, 전압 채배 기본단(110)이 다단으로 연결되어 있으므로 각 전압 채배 기본단(110)의 캐패시터에 전하가 충전되게 되어 여러 주기를 지나게 되면 출력단(Vout)에는 연결되는 단의 수만큼의 전압이 출력된다. 도 5의 (b)를 참조하면, 전압 채배 기본단(110)이 다단으로 연결된 경우 연결된 단의 수만큼 채배된 전압이 출력됨을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 전파 전압 채배기 및 다단 전파 전압 채배기의 효과는 다음과 같다.
첫째, 기존의 반파 전압 채배기의 반주기 동안만 채배를 하는 구조를 개선하여 양(+)의 반주기 및 음(-)의 반주기에 모두 전압을 충전할 수 있다.
둘째, 기존의 전파 전압 채배기에서 여러 단을 연결할 수 없는 구조를 개선하여 원하는 만큼 단의 개수를 늘릴 수 있도록 하여 전압 발생 효율과 전류 구동 능력을 높였다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 입력신호가 인가되는 입력부;
    상기 입력신호의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단;
    상기 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 상기 전압 채배 기본단과 출력단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 출력 연결부; 및
    상기 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 상기 입력부와 접지단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 접지 연결부
    를 포함하는 전파 전압 채배기.
  2. 입력신호가 인가되는 입력부;
    상기 입력신호의 극성에 관계없이 매 주기마다 전압 채배를 수행하는 전압 채배 기본단이 하나 이상 다단으로 연결된 전압 채배부;
    상기 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 상기 전압채배부와 출력단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 출력 연결부; 및
    상기 입력신호의 극성에 따라 선택적으로 상기 입력부와 접지단 사이에 전류경로를 형성하는 스위치를 구비하는 접지 연결부
    를 포함하는 다단 전파 전압 채배기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력부는 안테나 또는 트랜스포머로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전압 채배 기본단은
    좌측 상부 노드에 애노드가, 우측 하부 노드에 캐소드가 각각 연결되는 제 1 다이오드;
    좌측 하부 노드와 상기 우측 하부 노드 사이에 연결되는 제 1 캐패시터;
    상기 좌측 하부 노드에 애노드가, 우측 상부 노드에 캐소드가 각각 연결되는 제 2 다이오드; 및
    상기 좌측 상부 노드와 상기 우측 상부 노드 사이에 연결되는 제 2 캐패시터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드는 MOS 트랜지스터로 구현하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 출력 연결부는
    좌측 상부 노드에 애노드가, 우측 노드에 캐소드가 각각 연결되는 제 3 다이오드; 및
    좌측 하부 노드에 애노드가, 우측 노드에 캐소드가 각각 연결되는 제 4 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 다이오드 및 제 4 다이오드는 MOS 트랜지스터로 구현하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 접지 연결부는
    상기 입력부의 상부 노드에 캐소드가, 상기 접지단에 애노드가 각각 연결되는 제 5 다이오드; 및
    상기 입력부의 하부 노드에 캐소드가, 상기 접지단에 애노드가 각각 연결되는 제 6 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 5 다이오드 및 제 6 다이오드는 MOS 트랜지스터로 구현하는 것을 특징으로 하는 다단 전파 전압 채배기.
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