KR100813844B1 - Ｎａｎｄ 게이트를 이용한 비대칭 제어 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

Ｎａｎｄ 게이트를 이용한 비대칭 제어 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는, 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 컨버터부; 및 상기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고, 상기 출력 전압 제어부에서 NAND 게이트에 의하여 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성한다. 본 발명에 따르면, 비대칭 하프 브리지 및 능동 클램프형 컨버터 등의 DC-DC 컨버터에 적합한 비대칭 제어회로를 전용칩 대신에 간단한 NAND 게이트로 구현하여, 비대칭 게이트 신호를 간단하고 저렴하게 구현할 수 있다.

Description

ＮＡＮＤ 게이트를 이용한 비대칭 제어 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{Asymmetric direct current to direct current converter by using NAND gate}
도 1은 비대칭 제어용 전용칩 UC3715를 이용한 비대칭 하프 브리지 또는 능동 클램프 포워드 컨버터의 비대칭 게이트 생성회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서, 단일 콘덴서형의 하프 브리지형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터의 더욱 구체적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에서 게이트 신호 생성부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2 및 도 3의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에서 비대칭인 두 게이트 신호가 생성되는 원리를 도시한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 두 콘덴서형의 하프 브리지형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 능동 클램프형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
20, 40, 60: 컨버터부, 30, 50, 70: 출력 전압 제어부,
21, 41, 61: 스위칭부, 22, 42, 62: 변환부,
221: 변압기, 222: 정류부,
31, 51, 71: 출력전압 검출부, 32, 52, 72: PWM 제어부,
33, 53, 73: 게이트 신호 생성부.
본 발명은 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부가적인 회로없이 1차측 스위치의 영전압 스위칭이 가능한 비대칭 제어 하프 브리지 및 능동 클램프형 컨버터 등의 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 경박단소 및 고효율 전력공급장치의 요구가 대두되고 있는 추세와 더불어 일반적인 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터는 공진형 컨버터, 의사공진형 컨버터, 다중공진형 컨버터 및 소프트-스위칭(soft-switching) 컨버터로 전환되고 있다. 일반적인 PWM 컨버터의 하드-스위칭(Hard-switching) 동작은 스위칭 손실, 노 이즈, 스위칭 스트레스 등의 문제점이 유발되며 이러한 문제점은 특히 고주파일 때 더욱 현저하게 나타난다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 PWM 컨버터에 몇 가지 공진형 기법이 적용되고 있다. 공진형 컨버터에는 일반적으로 직렬형, 병렬형, class-E, 의사공진형 컨버터(QRCs), 다중공진형 컨버터로 구분된다. 제어기법에 있어서는 전류방법과 관련하여 영전압스위칭(ZVS ; Zero Voltage Switching)과 영전류스위칭(ZCS ; Zero Current Switching) 방식으로 구분된다. 이와 같이 전력변환 방식에 공진형 방식을 채택함으로써 스위칭 손실과 하드-스위칭(Hard-switching)에 의한 스위치의 스트레스를 현저히 줄일 수 있다.
한편, 플라즈마 디스플레이 장치의 유지 전원 공급장치는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치에서 가장 큰 전력을 소비하는 장치 중의 하나이다. 따라서, 회로의 효율, 단가, 부품수, 스트레스 등을 고려한 최적의 설계가 항상 요구된다. 이를 위해 플라즈마 디스플레이 장치의 유지 전원 공급장치로 비대칭 하프 브리지 또는 능동 클램프형 회로를 많이 사용하고 있다.
이러한 비대칭 하프 브리지 또는 능동 클램프 포워드 컨버터의 제어를 위한 전용칩이 사용되고 있으며, 그 구현이 간단한 장점이 있다. 대표적인 전용칩으로 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사의 UC3715가 있으며, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 회로와 결합된 UCC3580과 플로팅 게이트 드라이버(floating gate driver)가 결합된 21844가 있다.
도 1은 비대칭 제어용 전용칩 UC3715를 이용한 비대칭 하프 브리지 또는 능 동 클램프 포워드 컨버터의 비대칭 게이트 생성회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 두 저항 R1과 R2의 값에 따라 두 게이트 신호 사이의 데드 타임(dead time)의 크기가 결정된다. 따라서, UC3715를 포함한 다양한 형태의 비대칭 제어 전용칩을 사용하면, 비대칭 하프 브리지 또는 능동 클램프 포워드 컨버터 등의 비대칭 게이트 신호를 간단하게 생성할 수 있다.
하지만, 이러한 비대칭 제어용 전용칩은 가격이 높아, 제품의 생산 단가가 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비대칭 하프 브리지 및 능동 클램프형 컨버터 등의 DC-DC 컨버터에 적합한 비대칭 제어회로를 전용칩 대신에 간단한 NAND 게이트로 구현 가능한 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는, 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 컨버터부; 및 상기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고, 상기 출력 전압 제어부에서 NAND 게이트에 의하여 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성한다.
상기 컨버터부는, 상기 제1전압의 전압원에 연결되는 적어도 하나 이상의 스 위칭 소자를 포함하는 스위칭부와, 상기 제1전압의 레벨을 변환하는 변압기와 상기 변압기에서 레벨 변환된 전압을 정류하여 상기 제2전압을 생성하는 정류부를 포함하는 변환부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스위칭부가, 상기 변압기의 1차측의 등가 인덕터와 공진됨으로써, 상기 스위칭부의 스위칭 소자들의 영전압 스위칭이 가능하도록 상기 변압기의 1차측에 연결되는 공진 커패시터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 변압기의 1차측이 상기 스위칭부와 연결되고, 상기 변압기의 2차측이 상기 정류부와 연결되는 것이 바람직하다.
출력 전압 제어부가, 상기 컨버터부에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부, 상기 출력전압을 입력받아 PWM 제어값을 생성하는 PWM 제어부, 및 적어도 하나 이상의 NAND 게이트를 포함하고, 상기 PWM 제어값을 입력받아 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성하는 게이트 신호 생성부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 출력전압 검출부에서 검출된 상기 출력전압이 포토 커플러에 의하여 전기적으로 분리되어 상기 PWM 제어부로 입력되는 것이 바람직하다.
상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형 성하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 스위치 구동 신호가 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 비대칭적으로 인가되는 것이 바람직하다.
상기 제1 스위치의 구동신호와 상기 제2 스위치의 구동신호의 각각의 온 신호가 중첩되지 아니하는 데드 타임이 존재하는 것이 바람직하다.
게이트 신호 생성부가, 상기 PWM 제어값이 각각 입력되는 제1 게이트 및 제2 게이트와, 상기 제2 게이트의 출력이 입력되는 제3 게이트를 포함하고, 상기 제1 게이트, 제2 게이트, 및 제3 게이트가 NAND 게이트이고, 상기 PWM 제어값이 상기 제1 게이트 및 제2 게이트 각각의 두 입력 단자로 입력되고, 상기 제2 게이트의 출력이 상기 제3 게이트의 두 입력 단자로 입력될 수 있다.
상기 제1 게이트의 출력이 상기 제2 스위치의 구동신호가 되고, 상기 제3 게이트의 출력이 상기 제1 스위치의 구동신호가 될 수 있다.
상기 게이트 신호 생성부가, 상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들 사이에 연결되는 제1 저항, 상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자 사이에 연결되는 제2 저항, 상기 제1 저항과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들과 접지단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 및 상기 제2 저항과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자와 접지단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 의한 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는, 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 것으로 하프 브리지형 컨버터를 포함하여 이루어지는 컨버터부; 및 상 기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고, 상기 출력 전압 제어부에서 NAND 게이트에 의하여 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는, 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 컨버터부; 및 상기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고, 상기 출력 전압 제어부에서 NAND 게이트에 의하여 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성하고, 상기 컨버터부가 능동 클램프형 컨버터를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 비대칭 하프 브리지 및 능동 클램프형 컨버터 등의 DC-DC 컨버터에 적합한 비대칭 제어회로를 전용칩 대신에 간단한 NAND 게이트로 구현하여, 비대칭 게이트 신호를 간단하고 저렴하게 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서, 단일 콘덴서형의 하프 브리지형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터의 더욱 구체적인 실시예를 도시한 도면이다. 도 4는 도 2 및 도 3의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에서 게이트 신호 생성부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5는 도 2 및 도 3의 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에서 비대칭인 두 게이트 신호가 생성되는 원리를 도시한 타이밍 도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는 컨버터부(20) 및 출력 전압 제어부(30)를 구비한다. 컨버터부(20)는 스위칭부(21)의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압(Vs)을 제2레벨의 제2전압(Vo)으로 변환한다. 출력 전압 제어부(30)는 제2전압(Vo)의 레벨을 일정하게 유지한다. 이때, 출력 전압 제어부(30)는 NAND 게이트에 의하여 스위칭부(21)의 스위치 구동 신호를 생성한다.
컨버터부(20)는 스위칭부(21)와 변환부(22)를 구비한다. 스위칭부(21)는 제1전압(Vs)의 전압원에 연결되는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함한다. 변환부(22)는 변압기(221)와 정류부(222)를 포함한다. 변압기(221)는 제1전압(Vs)의 레벨을 변환한다. 정류부(222)는 변압기(221)에서 레벨 변환된 전압을 정류하여 제2전압(Vo)을 생성한다.
스위칭부(21)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 및 공진 커패시터(CH)를 포함한다. 제1 스위치(Q1)는 온(ON) 동작에 의하여 제1전압(Vs)의 전압원과 변압기(221) 사이를 연결시킨다. 제2 스위치(Q2)는 온(ON) 동작에 의하여 변압기(221)와 전류 루프를 형성한다.
공진 커패시터(CH)는 변압기(221)의 1차측에 연결되어, 변압기(221)의 1차측의 등가 인덕터와 공진됨으로써 스위칭부(21)의 스위칭 소자들(Q1, Q2)의 영전압 스위칭이 가능하도록 한다.
변압기(221)의 1차측은 스위칭부(21)와 연결되고, 변압기(221)의 2차측은 정류부(222)와 연결된다.
출력 전압 제어부(30)는 출력전압 검출부(31), PWM 제어부(32), 및 게이트 신호 생성부(33)를 구비한다. 출력전압 검출부(31)는 컨버터부(20)에서 출력되는 출력전압(Vo)을 검출한다. PWM 제어부(32)는 출력전압(Vo)을 입력받아 PWM 제어값을 생성한다.
게이트 신호 생성부(33)는 적어도 하나 이상의 NAND 게이트를 포함하는데, 본 실시예는 3개의 NAND 게이트(G1, G2, G3)를 포함한다. 게이트 신호 생성부(33)는 PWM 제어부(32)로부터 PWM 제어값을 입력받아, 스위칭부(21)의 스위치 구동 신호를 생성한다.
출력전압 검출부(31)는 포토 커플러(미도시)를 포함하여, 출력전압(Vo)이 출력 단자(Ro 양단)와 전기적으로 분리되어 PWM 제어부(32)로 입력되도록 한다. 즉, 출력전압 검출부(31)의 입력과 출력이 포토 커플러에 의하여 전기적으로 분리된다. 이에 따라, 출력 전압(Vo)으로 서지성 전압 또는 노이즈성 전압이 출력되더라도 출력 전압 제어부(30)가 보호될 수 있도록 한다.
게이트 신호 생성부(33)로부터 출력되는 스위치 구동 신호가 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)에 비대칭적으로 인가된다. 부하전류(Io)에 의해 출력 전압(Vo)에 변화가 발생하게 되면, 이를 출력전압 검출부(31)에서 감지하고, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON)/오프(OFF) 시간, 즉 듀티(duty)를 조정하여 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지를 변화시켜 2차측의 출력 전압(Vo)이 일정 하게 유지될 수 있도록 한다.
이때, 제1 스위치(Q1)의 구동신호와 제2 스위치(Q2)의 구동신호의 각각의 온(ON) 신호가 중첩되지 아니하는 데드 타임(tDEAD1, tDEAD2)이 존재한다. 이는 구동신호의 상승 시간 및 하강 시간 등에 의하여 제1 스위치(Q1)의 구동신호와 제2 스위치(Q2)의 구동신호가 동시에 온(ON)되어 회로가 오작동 하는 것을 방지하기 위함이다.
이를 위하여, 게이트 신호 생성부(33)는 NAND 게이트인 제1 게이트(G1), 제2 게이트(G2), 및 제3 게이트(G3)를 포함한다. 제1 게이트(G1)와 제2 게이트(G2)의 각각의 두 입력 단자에 PWM 제어부(32)에서 출력된 PWM 제어값이 입력된다. 제3 게이트(G3)의 두 입력 단자에는 제2 게이트(G2)의 출력이 입력된다. 여기서, 제1 게이트(G1)의 출력이 제2 스위치(Q2)의 구동신호가 되고, 제3 게이트(G3)의 출력이 제1 스위치(Q1)의 구동신호가 된다.
게이트 신호 생성부(33)는 제1 저항(R10), 제2 저항(R11), 제1 커패시터(C5), 및 제2 커패시터(C6)를 포함한다. 제1 저항(R10)은 게이트 신호 생성부(33)의 입력단과 제1 게이트(G1)의 두 입력 단자들 사이에 연결된다. 제2 저항(R11)은 게이트 신호 생성부(33)의 입력단과 제2 게이트(G2)의 하나의 입력 단자 사이에 연결된다.
제1 커패시터(C5)는 제1 저항(R10)과 제1 게이트(G1)의 두 입력 단자들과 접지단 사이에 연결된다. 제2 커패시터(C6)는 제2 저항(R11)과 제2 게이트(G2)의 하 나의 입력 단자와 접지단 사이에 연결된다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)에 입력되는 두 개의 게이트 신호(VGS(Q1), VGS(Q2))들 사이의 데드 타임(tDEAD1, tDEAD2)은 제1 저항(R10), 제2 저항(R11), 제1 커패시터(C5), 및 제2 커패시터(C6)의 소자 정수값에 의하여 결정된다.
이는 수학식 1 및 수학식 2의 관계에 의하여 결정된다. 이때, tDEAD2는 제2 스위치(Q2)의 오프(OFF)와 제1 스위치(Q1)의 온(ON) 사이의 시간이고, tDEAD1는 제1 스위치(Q1)의 오프(OFF)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON) 사이의 시간이다.
tDEAD2 = R10×C5×ln2
tDEAD1 = R11×C6×ln2 - tDEAD2
= (R11×C6 - R10×C5)×ln2
스위칭부(21)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 및 공진 커패시터(CH)를 포함하는데, 제1 스위치(Q1)는 제2 스위치(Q2)와 직렬로 연결되어, 제1전압(Vs)의 전압원과 연결된다.
제1 스위치(Q1)가 온(ON)되고 제2 스위치(Q2)가 오프(OFF) 되면, 제1전압(Vs)의 전압원, 공진 커패시터(CH), 및 변압기(221)의 1차측을 통하여 전류 경로가 형성된다. 이에 따라, 제1전압(Vs)의 전압원으로부터 에너지가 변압기(221)의 1 차측을 통하여 2차측으로 전달된다.
제2 스위치(Q2)가 온(ON)되고 제1 스위치(Q1)가 오프(OFF) 되면, 공진 커패시터(CH)에 축적된 에너지에 의하여 공진 커패시터(CH), 제2 스위치(Q2), 및 변압기(221)의 1차측을 통하여 전류 경로가 형성된다. 이때, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON)/오프(OFF) 시간, 즉 듀티(duty)를 조정하여 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지를 변화시켜 2차측의 출력 전압(Vo)이 조정된다. 이때, 게이트 신호 생성부(33)로부터 출력되는 스위치 구동 신호가 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)에 비대칭적으로 인가되어, 듀티(duty)가 조정된다.
또한, 출력전압 제어부(30)에서는, 부하전류(Io)에 의해 출력 전압(Vo)에 변화가 발생하게 되면, 이를 출력전압 검출부(31)에서 감지하고, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON)/오프(OFF) 시간, 즉 듀티(duty)를 조정하여 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지를 변화시켜 2차측의 출력 전압(Vo)이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
스위칭 소자들(Q1, Q2)은 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하는 소자로서, MOS형 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 사이리스터와 같은 스위칭 소자가 사용될 수 있다. 또한, 각 스위칭 소자들(Q1, Q2)에는 서지 전압 및 링잉 전압을 감쇠할 수 있도록, 턴 오프 후의 전류 흐름을 방지하기 위한 역병렬 다이오드(미도시)가 병렬 구비되고, 그와 병렬로 스너버 커패시터(미도시)가 설치될 수 있다.
스위칭 소자들(Q1, Q2)은 변압기(221)의 1차측에 병렬로 연결되고, 정류부(222)가 변압기(221)의 2차측에 병렬로 연결될 수 있다. 출력 전압 제어부에 의하여 제어됨으로써, 정류부(222)의 출력단에서 일정한 레벨의 제2전압(Vo)이 출력된다.
도 7을 기초로 하여 출력전압 제어부(30)에서의 신호 흐름을 살펴보면 다음과 같다. 컨버터부(20)의 출력단(Ro 양단)으로부터 출력전압 검출부(31)에서 출력 전압(Vo)을 검출하고, 출력 전압(Vo)이 PWM 제어부(32)로 입력되면, PWM 제어부(32)에서 출력 전압(Vo)을 기준값과 비교하여, PWM 제어 신호를 생성한다.
이러한 PWM 제어 신호가 게이트 신호 생성부(33)의 입력(input)이 되고, 제1 게이트(G1)의 입력 단자(Point C)에서의 신호는 저항(R10)과 커패시터(C5)에 의하여 도 7에 도시된 바와 같이 선형적으로 증가 또는 감소하는 신호가 된다. 제1 게이트(G1)의 입력 단자(Point C)에서의 신호가 작동 레벨(trigger level) 이상이 되면, 제1 게이트(G1)의 출력인 도 7에 도시된 바와 같은 출력 신호(VGS(Q2))가 제2 스위치(Q2)의 제어 신호가 된다.
제2 게이트(G2)의 입력 단자(Point A)에서의 신호는 저항(R11)과 커패시터(C6)에 의하여 도 7에 도시된 바와 같이 선형적으로 증가 또는 감소하는 신호가 된다. 제2 게이트(G2)의 입력 단자(Point A)에서의 신호가 작동 레벨(trigger level) 이상이 되면, 제2 게이트(G2)의 출력 신호 즉 제3 게이트(G2)의 입력 신호(Point B)가 도 7에 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 이에 따라, 제3 게이 트(G3)의 출력인 도 7에 도시된 바와 같은 출력 신호(VGS(Q1))가 제1 스위치(Q1)의 제어 신호가 된다.
따라서, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON)/오프(OFF) 시간, 즉 듀티(duty)가 조정되어 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지를 변화시킨다. 또한, 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지의 변화에 따른 변압기(221)의 2차측의 출력 전압(Vo)이 조정된다. 스위치 구동 신호(VGS(Q1), VGS(Q2))가 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)에 비대칭적으로 인가되어, 듀티(duty)가 조정된다.
이에 따라, 출력 전압(Vo)가 변동되는 경우에 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 온(ON)/오프(OFF) 시간 즉 듀티(duty)를 조정하여 변압기(transformer, 221)의 1차측 에너지를 변화시켜 2차측의 출력 전압(Vo)이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 두 콘덴서형의 하프 브리지형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 능동 클램프형 컨버터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터는 컨버터부(40, 60) 및 출력 전압 제어부(50, 70)를 구비한다. 컨버터부(40, 60)는 스위칭부(41, 61)의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압(Vs)을 제2레벨의 제2전압(Vo)으로 변환한다. 출력 전압 제어부(50, 70)는 제2전압(Vo)의 레벨을 일정하게 유지한다. 이때, 출력 전압 제어부(50, 70)는 NAND 게이트에 의하여 스위칭부(41, 61)의 스위치 구동 신호를 생성한다.
컨버터부(40, 60)는 스위칭부(41, 61)와 변환부(42, 62)를 구비한다. 스위칭부(41, 61)는 제1전압(Vs)의 전압원에 연결되는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함한다. 변환부(42, 62)는 변압기(421, 621)와 정류부(422, 622)를 포함한다. 변압기(421, 621)는 제1전압(Vs)의 레벨을 변환한다. 정류부(422, 622)는 변압기(421, 621)에서 레벨 변환된 전압을 정류하여 제2전압(Vo)을 생성한다.
출력 전압 제어부(50, 70)는 출력전압 검출부(51, 71), PWM 제어부(52, 72), 및 게이트 신호 생성부(53, 73)를 구비한다. 출력전압 검출부(51, 71)는 컨버터부(40, 60)에서 출력되는 출력전압(Vo)을 검출한다. PWM 제어부(52, 72)는 출력전압(Vo)을 입력받아 PWM 제어값을 생성한다.
게이트 신호 생성부(53, 73)는 적어도 하나 이상의 NAND 게이트를 포함하는데, 본 실시예는 3개의 NAND 게이트(G1, G2, G3)를 포함한다. 게이트 신호 생성부(53, 73)는 PWM 제어부(52, 72)로부터 PWM 제어값을 입력받아, 스위칭부(41, 61)의 스위치 구동 신호를 생성한다.
도 6에 도시된 실시예는 컨버터부(40)가 두 콘덴서형의 하프 브리지형 컨버터인 경우로서, 도 2에 도시된 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에 대하여 컨버터부(40)만을 달리하는 것으로, 출력 전압 제어부(50)는 도 2에 도시된 실시예와 동일한 구성으로 동일한 기능을 수행한다.
도 7에 도시된 실시예는 컨버터부(60)가 능동 클램프형 컨버터인 경우로서, 도 2에 도시된 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에 대하여 컨버터부(60)만을 달리하는 것으로, 출력 전압 제어부(70)는 도 2에 도시된 실시예와 동일한 구성으로 동일한 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터에 의하면, 비대칭 하프 브리지 및 능동 클램프형 컨버터 등의 DC-DC 컨버터에 적합한 비대칭 제어회로를 전용칩 대신에 간단한 NAND 게이트로 구현하여, 비대칭 게이트 신호를 간단하고 저렴하게 구현할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 컨버터부; 및 상기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고,
    출력 전압 제어부가, 상기 컨버터부에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부, 상기 출력전압을 입력받아 PWM 제어값을 생성하는 PWM 제어부, 및 상기 PWM 제어값을 입력받아 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성하는 게이트 신호 생성부를 구비하고,
    게이트 신호 생성부가, 상기 PWM 제어값이 각각 입력되는 제1 게이트 및 제2 게이트와, 상기 제2 게이트의 출력이 입력되는 제3 게이트를 포함하고,
    상기 제1 게이트, 제2 게이트, 및 제3 게이트가 NAND 게이트인 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부가, 상기 제1전압의 전압원에 연결되는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부와, 상기 제1전압의 레벨을 변환하는 변압기, 및 상기 변압기에서 레벨 변환된 전압을 정류하여 상기 제2전압을 생성하는 정류부를 포함하는 변환부를 구비하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 상기 변압기의 1차측의 등가 인덕터와 공진됨으로써, 상기 스위칭부의 스위칭 소자들의 영전압 스위칭이 가능하도록 상기 변압기의 1차측에 연결되는 공진 커패시터를 더 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 변압기의 1차측이 상기 스위칭부와 연결되고, 상기 변압기의 2차측이 상기 정류부와 연결되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력전압 검출부에서 검출된 상기 출력전압이 전기적으로 분리되어 상기 PWM 제어부로 입력되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력전압 검출부의 입력 및 출력이 포토 커플러에 의하여 전기적으로 분리되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 스위치 구동 신호가 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 비대칭적으로 인가되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 구동신호와 상기 제2 스위치의 구동신호의 각각의 온 신호가 중첩되지 아니하는 데드 타임이 존재하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 제어값이 상기 제1 게이트 및 제2 게이트 각각의 두 입력 단자로 입력되고, 상기 제2 게이트의 출력이 상기 제3 게이트의 두 입력 단자로 입력되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 게이트의 출력이 상기 제2 스위치의 구동신호가 되고, 상기 제3 게이트의 출력이 상기 제1 스위치의 구동신호가 되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 게이트 신호 생성부가, 상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들 사이에 연결되는 제1 저항과, 상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자 사이에 연결되는 제2 저항을 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 게이트 신호 생성부가, 상기 제1 저항과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들과 접지단 사이에 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제2 저항과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자와 접지단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 더 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  16. 스위칭부의 스위칭 동작에 의하여 제1레벨의 제1전압을 제2레벨의 제2전압으로 변환하는 것으로 하프 브리지형 컨버터를 포함하여 이루어지는 컨버터부; 및 상기 제2전압의 레벨을 일정하게 유지하는 출력 전압 제어부를 구비하고,
    출력 전압 제어부가, 상기 컨버터부에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부, 상기 출력전압을 입력받아 PWM 제어값을 생성하는 PWM 제어부, 및 상기 PWM 제어값을 입력받아 상기 스위칭부의 스위치 구동 신호를 생성하는 게이트 신호 생성부를 구비하고,
    게이트 신호 생성부가, 상기 PWM 제어값이 각각 입력되는 제1 게이트 및 제2 게이트와, 상기 제2 게이트의 출력이 입력되는 제3 게이트를 포함하고,
    상기 제1 게이트, 상기 제2 게이트, 및 상기 제3 게이트가 NAND 게이트인 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 컨버터부가, 상기 제1전압의 전압원에 연결되는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부와, 상기 제1전압의 레벨을 변환하는 변압기, 및 상기 변압기에서 레벨 변환된 전압을 정류하여 상기 제2전압을 생성하는 정류부를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 출력전압 검출부에서 검출된 상기 출력전압이 포토 커플러에 의하여 전기적으로 분리되어 상기 PWM 제어부로 입력되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 스위치 구동 신호가 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 비대칭적으로 인가되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 구동신호와 상기 제2 스위치의 구동신호의 각각의 온 신호가 중첩되지 아니하는 데드 타임이 존재하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 PWM 제어값이 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 각각의 두 입력 단자로 입력되고, 상기 제2 게이트의 출력이 상기 제3 게이트의 두 입력 단자로 입력되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 스위칭부가, 온 동작에 의하여 상기 제1전압의 전압원과 상기 변압기 사이를 연결시키는 제1 스위치와, 온 동작에 의하여 상기 변압기와 전류 루프를 형성하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 게이트의 출력이 상기 제2 스위치의 구동신호가 되고, 상기 제3 게이트의 출력이 상기 제1 스위치의 구동신호가 되는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 게이트 신호 생성부가,
    상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들 사이에 연결되는 제1 저항과, 상기 게이트 신호 생성부의 입력단과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자 사이에 연결되는 제2 저항과, 상기 제1 저항과 상기 제1 게이트의 두 입력 단자들과 접지단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 및 상기 제2 저항과 상기 제2 게이트의 하나의 입력 단자와 접지단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항의 상기 컨버터부가 능동 클램프형 컨버터를 포함하여 이루어지는 NAND 게이트를 이용한 비대칭 제어 DC-DC 컨버터.
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