KR100833687B1 - 가속형 출력안정기 및 이를 이용한 빠른 부하조정용직류-직류 컨버터 - Google Patents

가속형 출력안정기 및 이를 이용한 빠른 부하조정용직류-직류 컨버터 Download PDF

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류지열
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    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Abstract

본 발명은 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
본 발명은 직류 입력전원을 상이한 단자특성을 갖는 직류 전원으로 변환시키는 직류-직류 컨버터에 있어서, 상기 직류-직류 컨버터의 출력으로부터 귀환된 출력귀환 전압을 제어전압으로 변환해주는 가속형 출력안정기 및 상기 제어전압을 상기 직류-직류 컨버터를 제어하는 데 필요한 펄스로 변조해주는 펄스폭 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터를 제공한다.
본 발명에 의하면, 부하의 변동이 일어났을 때 상기 가속형 출력안정기 내의 적분가속전류 발생기가 부하변동에 맞춘 제어전류를 발생시켜서 상기 가속형 출력안정기로 하여금 신속히 제어전압을 발생하게 해 줌은 물론 적분가속전류 발생기에 데드존을 설정해 주는 것을 가능하게 하여 출력 리플이나 노이즈 등으로 인해 출력이 흔들리지 않게 하는 효과가 있다.
컨버터, 직류-직류, 부하조정, 출력안정기

Description

가속형 출력안정기 및 이를 이용한 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터{Accelerated Output Stabilizer And DC-DC Converter for Performing Fast Load Regulation Using Same}
도 1은 종래의 부하조정용 승압형 직류-직류 컨버터를 나타낸 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예 및 제 3 실시예에 따른 적분가속전류발생기용 OTA의 전압-전류 특성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 가속형 출력안정기의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 적분가속전류 발생기로서 하나의 OTA를 사용한 가속형 출력안정기의 회로도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른, 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원으로 적분가속전류 발생기를 포함한 가속형 출력안정기의 회로도,
도 6은 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 구성도,
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 적분가속전류 발생기로서 1개의 OTA를 사용한 출력안정기로 제어되는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른, 적분가속전류 발생기로서 2 개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원을 사용한 출력안정기로 제어되는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예 및 제 4 실시예에 따른, 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원을 사용한 적분가속전류발생기의 전압-전류 특성을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 종래의 출력안정기 회로 111: 전압버퍼
112: 적분기용 연산증폭기 113: 적분기용 저항
114: 적분기용 캐패시턴스 115: 비례적분이득 설정용 저항
116: 비례증폭기용 OTA 132: 입력리플 제거기
134: 인덕터 136: 전류감지기
138: 충/방전 스위치 144: 저역통과필터용 저항
146: 저역통과필터용 캐패시턴스 152: 제 1 귀환 저항
154: 제 2 귀환 저항 156: 출력 캐패시턴스
158: 쇼트키 다이오드 190: 펄스폭 변조기
310: 적분기 320: 전압버퍼
330: 비례증폭기 370: 적분가속전류발생기
411: 전압버퍼 412: 적분기용 연산증폭기
413: 적분기용 저항 414: 적분기용 캐패시턴스
415: 비례적분이득 설정용 저항 416: 비례증폭기용 OTA
470: 적분가속전류발생기
511: 전압버퍼 512: 적분기용 연산증폭기
513: 적분기용 저항 514: 적분기용 캐패시턴스
515: 비례적분이득 설정용 저항 516: 비례증폭기용 OTA
570: 적분가속전류발생기 571: 양(+)-데드존 설정 전원
572: 제 1 비교기 573: 제 1 전류원
574: 제 1 스위치 575: 음(-)-데드존 설정 전원
576: 제 2 비교기 577: 제 2 스위치
578: 제 2 전류원
610: 적분기 620: 전압버퍼
630: 비례증폭기 640: 저역통과필터
660: 가속형 출력안정기 670: 적분가속전류발생기
680: 직류-직류 컨버터 690: 펄스폭 변조기
711: 전압버퍼 712: 적분기용 연산증폭기
713: 적분기용 저항 714: 적분기용 캐패시턴스
715: 비례적분이득 설정용 저항 716: 비례증폭기용 OTA
732: 입력리플 제거기 734: 인덕터
736: 전류감지기 738: 충/방전 스위치
744: 저역통과필터용 저항 746: 저역통과필터용 캐패시턴스
752: 제 1 귀환저항 754: 제 2 귀환저항
756: 출력 캐패시턴스 758: 쇼트키 다이오드
760: 가속형 출력안정기 770: 적분가속전류발생기
790: 펄스폭 변조기
811: 전압버퍼 812: 적분기용 연산증폭기
813: 적분기용 저항 814: 적분기용 캐패시턴스
815: 비례적분이득 설정용 저항 816: 비례증폭기용 OTA
832: 입력리플 제거기 834: 인덕터
836: 전류감지기 838: 충/방전 스위치
844: 저역통과필터용 저항 846: 저역통과필터용 캐패시턴스
852: 제 1 귀환저항 854: 제 2 귀환저항
856: 출력 캐패시턴스 858: 쇼트키 다이오드
860: 가속형 출력안정기 870: 적분가속전류발생기
871: 양-데드존 설정 전원 872: 제 1 비교기
873: 제 1 전류원 874: 제 1 스위치
875: 음-데드존 설정 전원 876: 제 2 비교기
877: 제 2 스위치 878: 제 2 전류원
890: 펄스폭 변조기
본 발명은 직류-직류-컨버터에 사용되는 출력안정기 및 이 출력안정기를 사용한 부하조정용 직류-직류 컨버터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 직류-직류 컨버터에서 부하변동시 출력의 흔들림을 안정적으로 줄여주기 위해 비례적분 제어기를 포함하는 출력안정기를 연결하고, 출력안정기의 제어에 따라 직류-직류 컨버터 내의 인덕터의 충/방전 시간을 조절하여 안정된 출력을 얻고자 하는 직류-직류-컨버터에 사용되는 출력안정기 및 이 출력안정기를 사용한 부하조정용 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 직류-직류-컨버터에 사용되는 출력안정기에 있어서, 직류-직류 컨버터로부터 출력이 귀환되어 출력안정기로 들어오면 출력안정기는 비례적분 기능을 수행하여 제어전압을 발생시키게 된다. 종래의 출력안정기는 컨버터의 출력이 떨어져서 출력귀환전압이 출력안정기로 귀환되어 들어오면, 출력안정기 내의 적분기용 저항과 적분기용 캐패시턴스에 의해 결정되는 시정수에 따라 적분기가 천천히 적분전압을 상승시키게 되어 신속한 적분전압이 필요한 경우에 이에 적절히 응답하지 못하는 제 1 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 부하조정용 직류-직류 컨버터에 있어서, 부하가 변동하여 출력이 갑자기 하락하면 충전된 전류가 부하쪽으로 공급되어 컨버터에 정상 출력이 공급되도록 출력의 완만한 상승이 일어난다.
부하변동시 출력이 완만히 상승하면 부하에 적절한 전원이 제대로 공급되지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문에 부하변동에 제대로 대응할 수 있도록 직류-직류 컨버터가 설계되어야 한다.
직류-직류 컨버터의 중요한 특성인 부하조정은 컨버터 출력에서 순간적으로 부하가 변동할 때 컨버터 출력의 흔들림을 얼마나 줄일 수 있느냐가 관건인데, 이러한 특성이 특히 수동형 발광 다이오드(Passive Matrix-Organic Light Emitting Diode; PM-OLED, 이하 "PM-OLED"라 한다.)의 경우 더욱 중요하게 대두된다.
PM-OLED의 경우 시스템에 따라 다르지만 대략 80 ㎲ 정도의 시간을 주기로 3 ㎲ ~ 4 ㎲ 동안 최대 1 A의 방전전류가 컨버터로부터 공급된다. 이러한 경우 컨버터 출력의 요동이 심해지고 많은 출력 강하가 일어난다.
부하조정 특성이 좋지 않은 컨버터의 경우는 출력 강하가 더욱 클 것이며 더욱이 PM-OLED와 같이 순간적으로 큰 부하전류를 요구하며, 짧은 주기로 지속적으로 일어나는 경우는 더욱 큰 출력 강하가 일어난다.
종래에는 직류-직류 컨버터의 부하조정을 원활히 수행하기 위해 비례적분기를 사용한 출력안정기를 연결하여 컨버터의 부하변동에 대응하고자 하는 방법이 개발되었다.
도 1은 종래의 부하조정용 직류-직류 컨버터의 회로도이다.
도 1에 도시한 부하조정용 직류-직류 컨버터 회로를 살펴보면, 일반적인 비례적분기로 출력안정기를 구성하여 위에 언급한 문제점을 해결하고자 하고 있다.
도 1의 직류-직류-컨버터에서, 직류-직류 컨버터로부터 출력이 귀환되어 출력안정기로 들어오면 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref)을 비교하여, 두 전압 사이에 차이가 발생하는 경우 비례증폭기(330)와 적분기(310)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 되고, 여기서 발생한 제어전압(Vc)이 펄스폭 변조기(PWM Modulator)(190)로 들어가 충/방전 스위치(138)를 온/오프 하면서 출력을 조절하게 된다.
그러나 이 출력안정기는 직류-직류 컨버터의 부하에 변동이 발생하여 컨버터의 출력이 떨어지면 적분기용 저항(113)과 적분기용 캐패시턴스(114)에 의해 결정되는 시정수에 따라 적분기가 천천히 적분전압(Vint)을 상승시키게 된다.
이렇게 늦게 발생하는 출력안정기의 제어전압은 직류-직류 컨버터의 충/방전 스위치(138)의 온/오프 시간을 결정하는 듀티비 역시 천천히 제어하게 된다.
따라서 종래의 출력안정기 자체의 회로 구성만 가지고 출력안정기의 제어전압을 신속히 상승시키기 위해서는 비례증폭기용 OTA(Operational Transconductance Amplifier: OTA, 이하 "OTA"라 한다.)(116)의 이득이나 비례적분이득 설정용 저항(115)을 증가시켜야 한다.
그러나 이러한 조치는 과도한 비례이득으로 인해 출력의 리플이나 스위칭 노이즈에 크게 반응하여 출력의 떨림을 증가시키거나 안정도를 떨어뜨리는 제 2 문제점이 발생한다.
전술한 제 1 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 출력귀환전압이 변동할 때 출력안정기가 신속하게 적분기능을 수행하도록 추가적으로 적분가속전류 발생기를 연결한 가속형 출력안정기를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 전술한 제 2 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 직류-직류 컨버터의 부하가 변동할 때 출력전압의 흔들림을 안정적으로 줄여주기 위해 가속형 출력안정 기를 연결하고, 가속형 출력안정기의 제어에 따라 상기 직류-직류 컨버터 내의 인덕터 충/방전 시간을 조절하여 안정된 출력을 얻음은 물론, 출력귀환전압에 대한 데드존을 설정하여 출력의 리플이나 스위칭 노이즈에 크게 반응하지 않도록 하여 출력의 안정도를 더욱 향상시키고자 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가속형 출력안정기에 있어서, 출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기, 입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기, 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖고 있어서 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 공급하는 전압버퍼 및 출력귀환 전압과 기준전압을 비교하여 출력귀환 전압이 기준전압보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 출력귀환 전압이 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜 적분기로 공급하는 적분가속전류발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기를 제공한다.
전술한 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 직류 입력전원을 상이한 단자특성을 갖는 직류 전원으로 변환시키는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 있어서, 상기 직류-직류 컨버터의 출력으로부터 귀환된 출력귀환 전압을 제어전압으로 변환해주는 가속형 출력안정기; 및 입력된 제어전압을 상기 직류-직류 컨버터를 제어하는 데 필요한 펄스로 변조해주는 펄스폭 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 가속형 출력안정기의 구성도이다.
본 발명은 적분기(310), 전압버퍼(320), 비례증폭기(330) 및 적분가속전류발생기(370)를 포함한다.
본 발명의 가속형 출력안정기는, 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref)을 비교하여 두 전압 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기(330)와 적분기(310)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 출력귀환전압(Vf)이 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 적분가속전류발생기(370)도 같이 동작하여, 여기서 발생한 적분가속전류를 적분기(310)로 공급함으로써 신속히 적분기능을 수행하게 되어 보다 빠른 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다.(여기서, 적분가속전류 발생기로부터 적분기쪽으로 흘러가는 방향을 양(+)의 방향, 적분기로부터 적분가속전류발생기쪽으로 흘러가는 방향을 음(-)의 방향이라 정의한다.)
또한, 적분가속전류발생기(370)에는 출력귀환전압(Vf)에 대한 데드존을 설정해주어 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 적분가속전류발생기(370)가 동작하지 않도록 함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 적분가속전류발생기(370)의 영향을 차단하여 본 발명의 가속형 출력안정기의 안정도에 영향을 미치지 않게 하고자 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른, 적분가속전류 발생기로서 1개의 OTA를 사용한 가속형 출력안정기의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 가속형 출력안정기는, 전압버퍼(411), 적분기용 연산증폭기(412), 적분기용 저항(413), 적분기용 캐패시턴스(414), 비례적분이득 설정용 저항(415), 비례증폭기용 OTA(416) 및 적분가속전류발생기(470)를 포함하며, 적분가속전류발생기(470)는 1개의 OTA를 사용하여 구성한다.
가속형 출력안정기는 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref)을 비교하여 두 전압 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기용 OTA(416)와 적분기용 연산증폭기(412)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 큰 경우에는 적분가속전류발생기(470)가 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 작은 경우에는 적분가속전류발생기(470)가 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜, 이를 적분기용 연산증폭기(412)의 반전단자로 공급함으로써 신속히 적분기능을 수행하게 되어 보다 빠르게 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다. 도 2에는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 적분가속전류발생기(470)용 OTA의 전압-전류 특성이 도시되어 있다.
적분가속전류발생기(470)용 OTA는 도 2에 도시하듯이 전류-무반응대가 존재함으로써 데드존 기능을 하게 된다. 즉, 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 적분가속전류발생기(470)용 OTA가 동작하지 않도록 함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 적분가속전류발생기(470)용 OTA의 영향을 차단하여 본 발명의 가속형 출력안정기의 안정도에 영향을 미치지 않게 하고자 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른, 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원으로 적분가속전류발생기를 구성한 가속형 출력안정기의 회로도이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 제 2 실시예에 따른 가속형 출력안정기는, 전압버퍼(511), 적분기용 연산증폭기(512), 적분기용 저항(513), 적분기용 캐패시턴스(514), 비례적분이득 설정용 저항(515), 비례증폭기용 OTA(516), 양-데드존 설정 전원(571), 음-데드존 설정 전원(575), 제 1 스위치(574), 제 2 스위치(577), 제 1 전류원(573), 제 2 전류원(578), 제 1 비교기(572) 및 제 2 비교기(576)를 포함하여 구성된다.
가속형 출력안정기는 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref) 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기용 OTA(516)와 적분기용 연산증폭기(512)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)과 양-데드존 설정 전원(571)의 전압을 합한 것보다 큰 경우에는 제 1 스위치(574)를 온 시켜서 제 1 전류원(573)으로부터 흐르는 전류가 적분기용 연산증폭기(512)의 반전단자로 흘러가게 되고, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)에서 음-데드존 설정 전원(575)의 전압을 뺀 것보다 작은 경우에는 제 2 스위치(577)를 온 시켜서 제 2 전류원(578)으로부터 흐르는 전류가 적분기용 연산증폭기(512)의 반전단자로 흐르게 하여 신속히 적분기능을 수행함으로써 빠르게 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다. 도 9에는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른, 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원을 사용한 적분가속전류발생기(570)의 전압-전류 특성이 도시되어 있다.
적분가속전류발생기(570)는 도 9에 도시하듯이 양-데드존 설정전압(Von)과 음-데드존 설정전압(Vop) 사이의 전류-무반응대가 존재함으로써 데드존을 설정하게 된다. 즉, 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 적분가속전류발생기(570)가 동작하지 않도록 함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 적분가속전류발생기(570)의 영향을 차단하여 본 발명의 가속형 출력안정기의 안정도에 영향을 미치지 않게 하고자 한다.
도 6은 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 구성도이다.
본 발명은 적분기(610), 전압버퍼(620), 비례증폭기(630) 및 적분가속전류발생기(670)를 구비한 가속형 출력안정기(660)와 저역통과필터(640), 직류-직류 컨버터(680) 및 펄스폭 변조기(690)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터는, 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref) 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기(630)와 적분기(610)가 제어전 압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf) 전압이 기준전압(Vref)보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 출력귀환전압(Vf)이 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 적분가속전류발생기(670)도 같이 동작하여, 여기서 발생한 적분가속전류를 적분기(610)로 공급함으로써 신속히 적분기능을 수행하게 되어 보다 빠르게 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다.
여기서 적분가속전류로 인하여 신속히 발생한 제어전압(Vc)은 저역통과필터(640)를 통하여 펄스폭 변조기(690)로 공급되어, 펄스폭 변조기(690)가 직류-직류 컨버터(680) 내의 충/방전 스위치의 온/오프 시간을 조절하여 컨버터의 출력을 안정화시킴은 물론, 적분가속전류발생기(670)는 출력귀환전압(Vf)에 대한 데드존을 설정해주어 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 적분가속전류발생기(670)의 동작을 차단함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 가속형 출력안정기(660)가 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 안정도에 미칠 수 있는 부정적 영향을 없앤다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 적분가속전류 발생기(770)로서 1개의 OTA를 사용한 가속형 출력안정기(760)로 제어되는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 회로도이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 제 3 실시예에 따른 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터는, 전압버퍼(711), 적분기용 연산증폭기(712), 적분기용 저항(713), 적분기용 캐패시턴스(714), 비례적분이득 설정용 저항(715), 비례증폭기용 OTA(716) 및 적분가속전류발생기(770)용 OTA 를 구비한 가속형 출력안정기(760)와 입력리플 제거기(732), 인덕터(734), 전류감지기(736), 충/방전 스위치(738), 저역통과필터용 저항(744), 저역통과필터용 캐패시턴스(746), 제 1 귀환저항(752), 제 2 귀환저항(754), 출력 캐패시턴스(756), 쇼트키 다이오드(758) 및 펄스폭 변조기(790)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터는, 출력에서 부하가 변동하는 경우 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref)을 비교하여 두 전압 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기용 OTA(716)와 적분기용 연산증폭기(712)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 출력귀환 전압이 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜, 이를 적분기용 연산증폭기(712)의 반전단자로 공급하여 신속히 적분기능을 수행함으로써 빠르게 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다.
펄스폭 변조기(790)는 가속형 출력안정기(760)에서 발생한 제어전압(Vc)에 따라 듀티비를 조정하여 직류-직류 컨버터의 충/방전 스위치(738)의 온/오프 시간을 조절하여 직류-직류 컨버터의 충/방전을 제어한다. 도 2에는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 적분가속전류발생기(770)용 OTA의 전압-전류 특성이 도시되어 있다.
적분가속전류발생기(770)용 OTA는 도 2에 도시하듯이 전류-무반응대가 존재함으로써 데드존 기능을 하게 된다. 즉, 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 적분가 속전류발생기(770)용 OTA의 동작을 차단함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 가속형 출력안정기(760)가 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 출력안정도에 미칠 수 있는 부정적인 영향을 없앤다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 적분가속전류 발생기(870)로서 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원을 사용한 가속형 출력안정기(860)로 제어되는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 회로도이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 제 4 실시예에 따른 직류-직류 컨버터는, 전압버퍼(811), 적분기용 연산증폭기(812), 적분기용 저항(813), 적분기용 캐패시턴스(814), 비례적분이득 설정용 저항(815), 비례증폭기용 OTA(816), 양-데드존 설정 전원(871), 음-데드존 설정 전원(875), 제 1 스위치(874), 제 2 스위치(877), 제 1 전류원(873), 제 2 전류원(878), 제 1 비교기(872) 및 제 2 비교기(876)로 구성된 가속형 출력안정기(860)와 입력리플 제거기(832), 인덕터(834), 전류감지기(836), 충/방전 스위치(838), 저역통과필터용 저항(844), 저역통과필터용 캐패시턴스(846), 제 1 귀환저항(852), 제 2 귀환저항(854), 출력 캐패시턴스(856), 쇼트키 다이오드(858), 및 펄스폭 변조기(890)를 포함하여 구성된다.
가속형 출력안정기(860)는, 출력귀환전압(Vf)과 기준전압(Vref)을 비교하여 두 전압 사이에 차이가 발생하는 경우, 비례증폭기용 OTA(816)와 적분기용 연산증폭기(812)가 제어전압(Vc)을 발생시키기 위해 동작하게 됨은 물론, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)과 양-데드존 설정 전원(871)의 전압을 합한 것보다 큰 경 우에는 제 1 스위치(874)를 온 시켜서 제 1 전류원(873)으로부터 흐르는 전류가 적분기용 연산증폭기(812)의 반전단자로 흘러가게 되고, 출력귀환전압(Vf)이 기준전압(Vref)에서 음-데드존 설정 전원(875)의 전압을 뺀 것보다 작은 경우에는 제 2 스위치(877)를 온 시켜서 제 2 전류원(878)으로부터 흐르는 전류가 적분기용 연산증폭기(812)의 반전단자로 흐르게 되어, 신속한 적분기능을 수행하게 함으로써 보다 빠르게 제어전압(Vc)을 발생시키게 된다.
펄스폭 변조기(890)는 가속형 출력안정기(860)에서 발생한 제어전압(Vc)에 따라 듀티비를 조정하여 직류-직류 컨버터의 충/방전 스위치(838)의 온/오프 시간을 조절하여 직류-직류 컨버터의 충/방전을 제어한다. 도 9에는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른, 2개의 데드존 설정전원, 2개의 비교기, 2개의 스위치 및 2개의 전류원을 사용한 적분가속전류발생기(870)의 전압-전류 특성이 도시되어 있다.
적분가속전류발생기(870)는 도 9에 도시하듯이 양-데드존 설정전압(Von)과 음-데드존 설정전압(Vop) 사이의 무반응대가 존재함으로써 데드존을 설정하게 된다. 즉, 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 가속형 출력안정기(860) 내의 적분가속전류발생기(870)의 동작을 차단함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시 가속형 출력안정기(860)가 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터의 출력안정도에 미칠 수 있는 부정적인 영향을 없앤다.
또한, 적분가속전류발생기(870)는 양-데드존 설정전원(871) 및 음-데드존 설정전원(875)을 사용하여 데드존 설정을 자유자재로 할 수 있기 때문에 출력 리플이 나 노이즈에 대한 민감도를 조절할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가속형 출력안정기에 있어서, 출력귀환전압과 기준전압 사이에 차이가 발생하는 경우 가속형 출력안정기 내의 적분가속전류 발생기가 적분기로 신속히 적분가속전류를 추가 공급함으로써 가속형 출력안정기의 반응속도를 빨리 해줌은 물론 데드존을 설정해주어 출력귀환전압(Vf)의 작은 변동에는 반응하지 않도록 함으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 적분가속전류발생기의 동작을 차단함으로써 적분가속전류발생기가 본 발명의 가속형 출력안정기에 미칠 수 있는 부정적인 영향을 없애는 효과가 있다.
또한, 빠른 부하조정용 직류직류 컨버터에 있어서, 부하 변동시 출력의 흔들림을 안정적으로 줄여주면서 출력을 제어하기 위해 부하변동에 맞추어 신속히 제어전류를 가속형 출력안정기에 보내줌으로써 빠른 부하조정을 도모함은 물론 가속형 출력안정기 내의 적분가속전류발생기에 데드존을 설정해 줌으로써 작은 출력 리플이나 노이즈 발생시에 가속형 출력안정기가 본 발명의 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 미칠 수 있는 부정적인 영향은 없애는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 가속형 출력안정기에 있어서,
    출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖고 있어서 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 공급하는 전압버퍼; 및
    상기 출력귀환 전압과 기준전압을 비교하여, 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜, 상기 적분가속전류를 상기 적분기로 공급하는 적분가속전류발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적분가속전류발생기는,
    상기 적분가속 전류를 상기 적분기로 공급하는 하나의 OTA(Operational Transconductance Amplifier: OTA, 이하 "OTA"라 한다.)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적분가속전류발생기는,
    상기 출력귀환 전압에 대한 양(+)의 데드존 전압을 설정해 주는 양(+)-데드존 설정 전원;
    상기 출력귀환 전압에 대한 음(-)의 데드존 전압을 설정해 주는 음(-)-데드존 설정 전원;
    스위칭 신호에 따라 온/오프를 수행하는 제 1 스위치 및 제 2 스위치;
    상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 1 비교기;
    상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에 상기 제 2 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 2 비교기;
    상기 제 1 스위치와 연결되어 상기 제 1 스위치가 온 상태일 때 상기 양-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 1 전류원;
    상기 제 2 스위치와 연결되어 상기 제 2 스위치가 온 상태일 때 상기 음-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 2 전류원
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기.
  4. 가속형 출력안정기에 있어서,
    출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 특성으로 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 공급하는 전압버퍼; 및
    상기 출력귀환 전압과 기준전압을 비교하여, 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜, 상기 적분 가속전류를 상기 적분기로 공급하는 하나의 OTA를 갖는 적분가속전류발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기.
  5. 가속형 출력안정기에 있어서,
    출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 특성으로 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 보내주는 전압버퍼;
    상기 출력귀환 전압에 대한 양(+)의 데드존 전압을 설정해 주는 양(+)-데드존 설정 전원;
    상기 출력귀환 전압에 대한 음(-)의 데드존 전압을 설정해 주는 음(-)-데드존 설정 전원;
    스위칭 신호에 따라 온/오프를 수행하는 제 1 스위치 및 제 2 스위치, 상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 기준전압을 비교하여 상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 1 비교기, 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에 상기 제 2 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 2 비교기, 상기 제 1 스위치와 연결되어 상기 제 1 스위치가 온 상태일 때 양-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 1 전류원 및 상기 제 2 스위치와 연결되어 상기 제 2 스위치가 온 상태일 때 음-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 2 전류원을 갖는 적분가속전류발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속형 출력안정기.
  6. 직류 입력전원을 상이한 단자특성을 갖는 직류 전원으로 변환시키는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 있어서,
    상기 직류-직류 컨버터의 출력으로부터 귀환된 출력귀환 전압을 제어전압으로 변환해주는 가속형 출력안정기; 및
    상기 제어전압을 상기 직류-직류 컨버터를 제어하는 데 필요한 펄스로 변조해주는 펄스폭 변조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가속형 출력안정기는,
    상기 출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 특성으로 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 보내주는 전압버퍼; 및
    상기 출력귀환 전압과 기준전압을 비교하여, 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜, 상기 적분가속전류를 상기 적분기로 공급하는 하나의 OTA를 갖는 적분가속전류발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 가속형 출력안정기는,
    상기 출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 특성으로 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 보내주는 전압버퍼; 및
    상기 출력귀환 전압에 대한 양(+)의 데드존 전압을 설정해 주는 양(+)-데드 존 설정 전원, 상기 출력귀환 전압에 대한 음(-)의 데드존 전압을 설정해 주는 음(-)-데드존 설정 전원, 스위칭 신호에 따라 온/오프를 수행하는 제 1 스위치 및 제 2 스위치, 상기 양(+)-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 기준전압을 비교하여 상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 1 비교기, 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에 상기 제 2 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 2 비교기, 상기 제 1 스위치와 연결되어 상기 제 1 스위치가 온 상태일 때 양-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 1 전류원 및 상기 제 2 스위치와 연결되어 상기 제 2 스위치가 온 상태일 때 음-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 2 전류원을 갖는 적분가속전류발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터.
  9. 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 있어서,
    직류 입력전원을 상이한 단자특성을 갖는 직류 전원으로 변환시키는 직류-직류 컨버터;
    출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 특성으로 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 보내주 는 전압버퍼;
    상기 출력귀환 전압과 기준전압을 비교하여, 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에는 양(+)의 방향의 적분 가속전류를 발생시키는 한편 상기 출력귀환 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 음(-)의 방향의 적분 가속전류를 발생시켜 상기 적분기로 공급하는 적분가속전류발생기; 및
    입력된 제어전압을 상기 직류-직류 컨버터를 제어하는 데 필요한 펄스로 변조해주는 펄스폭 변조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터.
  10. 직류 입력전원을 상이한 단자특성을 갖는 직류 전원으로 변환시키는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터에 있어서,
    출력귀환 전압에 대해서 비례증폭 기능을 수행하는 비례증폭기;
    입력된 전압에 대해서 적분 기능을 수행하는 적분기;
    높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖고 있어서 상기 출력귀환 전압에 대한 완충증폭기 역할을 하여 상기 출력귀환 전압을 상기 적분기로 보내주는 전압버퍼;
    상기 출력귀환 전압에 대한 양(+)의 데드존 전압을 설정해 주는 양(+)-데드존 설정 전원, 상기 출력귀환 전압에 대한 음(-)의 데드존 전압을 설정해 주는 음(-)-데드존 설정 전원, 스위칭 신호에 따라 온/오프를 수행하는 제 1 스위치 및 제 2 스위치, 상기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 기준전압을 비교하여 상 기 양-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 1 비교기, 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 음-데드존 설정 전원을 통과한 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에 상기 제 2 스위치를 온 시키는 상기 스위칭 신호를 생성하는 제 2 비교기, 상기 제 1 스위치와 연결되어 제 1 스위치가 온 상태일 때 양-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 1 전류원 및 상기 제 2 스위치와 연결되어 상기 제 2 스위치가 온 상태일 때 음-의 방향의 적분 가속전류를 생성하는 제 2 전류원을 갖는 적분가속전류발생기; 및
    입력된 제어전압을 상기 직류-직류 컨버터를 제어하는 데 필요한 펄스로 변조해주는 펄스폭 변조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빠른 부하조정용 직류-직류 컨버터.
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