KR100953719B1 - 스위치 모드 전원공급장치에서의 펄스폭 변조 주파수디더링 - Google Patents

스위치 모드 전원공급장치에서의 펄스폭 변조 주파수디더링 Download PDF

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Abstract

스위치 모드 전원공급장치는 PWM 클록 주파수의 펄스 폭 변조(PWM) 주파수 디더링을 갖는다. PWM 주파수 디더링 회로는 복수의 주파수들 각각을 기반으로 하여 PWM 클록의 주파수를 바꿀 수 있다. PWM 타임 베이스 회로는 PWM 주기값을 포함하는 주기 레지스터, 비교기, 및 PWM 카운터를 포함하고, 가변 주파수 PWM 클록에 의해 PWM 카운터에서 PWM 카운트 값이 증분될 수 있고, 비교기는 PWM 주기값과 PWM 카운트 값을 비교하고 PWM 주기값과 PWM 카운트 값이 실질적으로 같으면 PWM 카운트 값이 리셋될 수 있다. PWM 주파수 디더링 회로는 비교기가 PWM 카운터내의 PWM 카운트 값을 리셋할 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 롤 카운터; 복수의 입력들과 출력을 가지며, 롤 카운터 카운트 값을 기반으로 하여 출력이 복수의 입력들중 하나에 결합되는 멀티플렉서; 및 복수의 주파수 레지스터들을 포함하고, 복수의 주파수 레지스터들 각각은 멀티플렉서의 복수의 입력들 각각에 결합되고, 복수의 주파수 레지스터들내에 저장되어 있는 주파수 값들이 가변 주파수 PWM 클록 주파수의 판단에 이용되도록 멀티플렉서의 출력이 가변 주파수 PWM 클록의 주파수 제어 입력에 결합될 수 있다.
전원공급장치, 주파수, 디더링

Description

스위치 모드 전원공급장치에서의 펄스폭 변조 주파수 디더링{PULSE WIDTH MODULATION FREQUENCY DITHERING IN A SWITCH MODE POWER SUPPLY}
본 발명은 스위치 조정 전원공급장치에 관한 것으로, 특히 스위치 조정 전원공급장치에서의 펄스폭 변조 주파수 디더링에 관한 것이다.
전원공급장치 제조업자는 스위치 모드 전원공급장치를 판매할 때 정부(예를 들면, 연방 통신 위원회) 및 고객의 전자파 간섭(electromagnetic interference:EMI) 방출 요건을 충족해야 한다. 스위치 모드 전원공급장치는 원하는 전류로 인덕터를 충전시킬 수 있는 스위치, 예를 들면 파워 트랜지스터, 파워 전계효과 트랜지스터 등을 제어하기 위하여 펄스폭 변조(PWM)를 이용할 수 있다. PWM 신호가 더 오랫동안 온될 수록 인덕터가 제어 스위치를 통해 더 오랫동안 충전되어 더 많은 전류가 스위치 모드 전원공급장치로부터 공급될 수 있다.
대용량 스위치 모드 전원공급장치에 있어서, 파워 트랜지스터는 전자파 간섭(EMI)을 생성한다. 이 대용량 스위치 모드 전원공급장치는 무선 주파수 에너지량을 소정 시간동안 특정 주파수로 제한하는 엄격한 EMI 테스트들을 받고 통과하여야 한다. 스위치 모드 전원공급장치가 이 EMI 테스트 요건들을 충족할 수 없으면, 적절한 테스트 조직 및/또는 정부 기관에 의해 인증 및/또는 승인될 수 없다.
대용량 스위치 모드 전원공급장치는 생성된 EMI 에너지의 양을 원하는 시간보다 긴 시간동안 특정 주파수로 제한할 필요가 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 펄스폭 변조(PWM) 주파수 디더링을 갖는 스위치 모드 전원공급장치는 적어도 하나의 파워 스위칭 소자를 갖는 파워 충전 회로, 파워 충전 회로에 결합되어 제어하는 PWM 제어 회로, 및 가변 주파수 PWM 클록 주파수를 복수의 주파수들 각각으로 바꿀 수 있는 PWM 주파수 디더링 회로를 포함할 수 있다. PWM 제어 회로는 PWM 주기값을 수용한 주기 레지스터, 비교기, 및 PWM 카운터를 포함하는 PWM 타임 베이스 회로를 가질 수 있고, 가변 주파수 PWM 클록에 의해 PWM 카운터에서 PWM 카운트 값이 증분될 수 있고, 비교기는 PWM 주기값과 PWM 카운트 값을 비교하고 PWM 주기값과 PWM 카운트 값이 실질적으로 같으면 PWM 카운트 값이 리셋될 수 있다. PWM 주파수 디더링 회로는 비교기가 PWM 카운터내의 PWM 카운트 값을 리셋할 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 롤 카운터; 복수의 입력들과 출력을 가지며, 롤 카운터의 카운트 값을 기반으로 하여 출력이 복수의 입력들중 하나에 결합되는 멀티플렉서; 및 복수의 주파수 레지스터들을 포함할 수 있고, 복수의 주파수 레지스터들 각각은 멀티플렉서의 복수의 입력들 각각에 결합될 수 있고, 복수의 주파수 레지스터들내에 저장되어 있는 주파수 값들이 가변 주파수 PWM 클록 주파수를 정하는데 이용되도록 멀티플렉서의 출력이 가변 주파수 PWM 클록의 주파수 제어 입력에 결합될 수 있다. 롤 카운터는 최대 롤 카운트 값까지 롤 카운트 값을 연속적으로 증가시키고 롤 카운트 값은 최소 롤 카운트 값으로 리셋될 수 있다. 또한, 롤 카운트 값은 랜덤하게 변할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 PWM 클록 주파수들을 제어하기 위한 펄스폭 변조(PWM) 주파수 디더링 장치는 PWM 카운트 값이 PWM 카운트 값과 실질적으로 같을 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 롤 카운터; 복수의 입력들 및 출력을 가지고, 롤 카운터의 카운트 값을 기반으로 하여 출력이 복수의 입력들중 하나에 결합되는 멀티플렉서; 및 복수의 주파수 레지스터들을 포함하고, 복수의 주파수 레지스터들 각각은 멀티플렉서의 복수의 입력들 각각에 결합되고, 복수의 주파수 레지스터들내에 저장된 주파수 값들이 가변 주파수 PWM 클록 주파수의 판단에 이용되도록 멀티플렉서의 출력이 가변 주파수 PWM 클록의 주파수 제어 입력에 결합될 수 있다. 롤 카운터는 최대 롤 카운트 값까지 롤 카운트 값을 연속적으로 증가시키고 롤 카운트 값은 최소 롤 카운트 값으로 리셋될 수 있다. 또한, 롤 카운트 값은 랜덤하게 변할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 스위치 모드 전원공급장치의 펄스폭 변조(PWM) 클록 주파수를 주파수 디더링하기 위한 방법은 PWM 클록의 각 주파수 사이클을 위해 PWM 카운트 값을 증분시키는 단계; PWM 카운트 값이 주기 값과 실질적으로 같을 때까지 PWM 카운트 값과 주기 값을 비교하고 PWM 카운트 값을 리셋하는 단계; PWM 카운트 값이 리셋될 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 단계; 롤 카운트 값을 기반으로 하여 복수의 주파수 값들로부터 선택하는 단계; 및 복수의 주파수 값들 중 선택된 하나를 기반으로 하여 PWM 클록의 주파수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
첨부한 도면들과 관련된 다음의 설명을 참조하여 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있다.
도 1은 스위치 모드 전원공급장치에 의해 전원이 공급되는 전자 시스템의 블록도.
도 2는 PWM 주파수 디더링 회로를 갖는 스위치 모드 전원공급장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 PWM 주파수 디더링 회로의 상세 블록도.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 기재되어 있다. 하지만, 특정 실시예들에 대한 설명은 본 발명을 여기에 개시한 특정 형태들로 한정하려는 것이 아니고, 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 변형물과 등가물을 포함하려 한다는 것이 이해되어야 한다.
스위치 모드 전원공급장치에 있어서, 파워 트랜지스터들은 전자파 간섭(EMI)을 발생할 수 있다. 따라서, 고객의 요구와 정부의 규제를 충족시키기 위하여 EMI를 제한하는 것이 바람직하다. 펄스폭 변조 PWM 주기의 디더링은 EMI를 주파수들의 범위에 걸쳐 스윕하기 때문에 어느 한 주파수에서 피크 EMI 방출을 낮춘다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들은 동일한 부호로 나타내고 유사한 구성요소들은 아래 첨자 를 달리하여 동일한 부호로 나타낸다.
도 1은 스위치 모드 전원공급장치에 의해 전원이 공급되는 전자 시스템의 블록도이다. 전체적으로 부호(100)로 나타낸 전자 시스템은 전자 시스템(100)의 전자 회로(104)에 동작 전압 및 전류를 공급할 수 있는 전원공급장치, 예를 들어 스위치 모드 전원공급장치(102)를 포함할 수 있다. 스위치 모드 전원공급장치(102)는 전원 전압(106)(예를 들면, 120 VAC, 48 VDC 등)을 전자 회로(104)에 의해 사용되는 필요한 모든 동작 전압으로 변환할 수 있다.
도 2는 PWM 주파수 디더링 회로를 갖는 스위치 모드 전원공급장치의 블록도이다. 스위치 모드 전원공급장치(102)는 파워 충전 회로(210), PWM 제어 회로(208), 및 PWM 주파수 디더링 회로(212)를 포함할 수 있다. 파워 충전 회로(210)는 PWM 제어 회로(208)에 의해 제어될 수 있다. PWM 주파수 디더링 회로(212)는 PWM 제어 회로(208)에서의 PWM 클록 주파수를 바꿀 수 있다. 파워 충전 회로는 적어도 하나의 파워 스위칭 소자(도시하지 않음)(예를 들면, 파워 트랜지스터, 파워 전계효과 트랜지스터 등)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PWM 주파수 디더링 회로(212)의 블록도이다. PWM 주파수 디더링 회로(212)는 주기 레지스터(320), 비교기(322), 및 PWM 카운터(324)를 갖는 PWM 타임 베이스 회로(326), 롤 카운터(330), 가변 주파수 발진기(VFO)(334), 멀티플렉서(332), 및 주파수 값들이 저장되어 있는 복수의 주파수 레지스터(336)를 포함할 수 있다. 이들 주파수 값들은 사용자에 의해 특정될 수 있다. 주기 레지스터(320)의 출력(338)과 PWM 카운터(324)의 출력(342)의 값들이 비 교기(322)에서 비교되어, 실질적으로 같으면 비교기(322)의 출력(340)은 (리셋 입력(346)을 통해) PWM 카운터(324)가 리셋되도록 하고, (클록 입력(328)을 통해) 롤 카운터(330)를 증분시킬 수 있다. 비교기(322)는 주기 레지스터(320)내에 저장될 수 있는 PWM 주기 값을 PWM 타임 베이스 카운터(324)와 비교한다. PWM 주기 값은 사용자에 의해 특정될 수 있다. PWM 카운터(324)가 주기 레지스터(320)내에 저장된 특정 최대 카운트 값에 도달하면, PWM 주기가 완료되고, PWM 사이클이 다시 시작될 수 있도록 PWM 타임 베이스 카운터(324)가 리셋된다.
롤 카운터(330)는 멀티플렉서(332)의 어느 입력이 출력(348)에 결합될 지를 제어하기 위해 멀티플렉서 선택 입력(350)에 출력한다. 멀티플렉서 선택 입력(350)의 선택 값에 따라, 복수의 주파수 레지스터(336)중 선택된 하나에 저장되어 있는 주파수 값이 VFO(334)의 주파수 조절 입력(352)에 인가될 수 있다. 멀티플렉서(332)는 사용자에 의해 특정될 수 있는 주파수 값들을 포함하는 복수의 주파수 레지스터(336)로부터 원하는 주파수 값을 선택한다. 선택된 주파수 값은 VFO(334)의 타이밍 소자, 예를 들면 RC 발진기의 전류원, N 분할 PLL(phase-locked-loop) 등을 제어할 수 있다. 그리고, VFO(334)는 복수의 주파수 레지스터(336)중 선택된 하나로부터의 주파수 값에 실질적으로 대응하는 주파수를 갖는 PWM 클록 출력(354)을 발생할 수 있다. VFO(334)는 이 클록 신호를 PWM 클록 출력(354)에서 PWM 타임 베이스(326)의 PWM 타임 베이스 카운터(324)로 공급한다. PWM 클록 출력(354)은 PWM 카운터(324)의 클록 입력(344)을 통해 PWM 카운터(324)를 증분시킬 수 있다.
롤 카운터(330)는 PWM 타임 베이스(326)가 최대 (단자) 카운트에 도달할 때 마다 클록(증분)될 수 있다. 따라서, 각 PWM 사이클의 끝에서, PWM 클록의 주파수(VFO(334)의 출력(354))는 복수의 주파수 레지스터(336)내에 저장된 주파수 값들중 다음 주파수로 변한다. 롤 카운터(330)는 또한 의사 난수 생성기를 포함할 수 있으며 롤 카운터(330)의 카운트 값은 멀티플렉서(332)의 선택 입력(350)의 비트 범위(비트수)내에서 랜덤하게 생성된 수들일 수 있다.
PWM 클록의 주파수(VFO(334)의 출력(354))는 변하기 때문에, 스위치 파워 트랜지스터들(도시하지 않음)로부터 방사된 EMI 에너지는 주파수들의 범위에 걸쳐 퍼진다. 이는 어떤 특정 주파수에서 시간 평균 EMI 에너지를 저감시켜 EMI 스펙을 보다 용이하게 충족시킬 수 있도록 한다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었지만, 이러한 참조는 본 발명을 한정하지 않고, 그러한 한정을 의미하지도 않는다. 개시한 발명은 이 기술분야의 당업자에 의해 형태와 기능에 있어 수정물, 변형물, 및 등가물이 고려될 수 있다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (15)

  1. 펄스폭 변조(PWM) 주파수 디더링을 갖는 스위치 모드 전원공급장치에 있어서,
    적어도 하나의 파워 스위칭 소자를 포함하는 파워 충전 회로;
    상기 파워 충전 회로에 결합되어 제어하는 PWM 제어 회로; 및
    가변 주파수 PWM 클록의 주파수를 복수의 주파수들 각각으로 바꾸는 PWM 주파수 디더링 회로를 포함하고,
    상기 PWM 제어 회로는,
    PWM 주기값을 수용한 주기 레지스터,
    비교기, 및
    PWM 카운터를 포함하는 PWM 타임 베이스 회로를 가지며,
    상기 가변 주파수 PWM 클록에 의해 상기 PWM 카운터에서 PWM 카운트 값이 증분되고,
    상기 비교기는 상기 PWM 주기값과 상기 PWM 카운트 값을 비교하고 상기 PWM 주기값과 상기 PWM 카운트 값이 같으면 상기 PWM 카운트 값이 리셋되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파워 스위칭 소자는 적어도 하나의 파워 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파워 스위칭 소자는 적어도 하나의 파워 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 PWM 주파수 디더링 회로는:
    상기 비교기가 상기 PWM 카운터내의 상기 PWM 카운트 값을 리셋할 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 롤 카운터;
    복수의 입력들과 출력을 가지며, 상기 롤 카운터의 카운트 값을 기반으로 하여 상기 출력이 상기 복수의 입력들중 하나에 결합되는 멀티플렉서; 및
    복수의 주파수 레지스터들을 포함하고,
    상기 복수의 주파수 레지스터들 각각은 상기 멀티플렉서의 상기 복수의 입력들 각각에 결합되고,
    상기 복수의 주파수 레지스터들내에 저장되어 있는 주파수 값들이 가변 주파수 PWM 클록의 주파수를 정하는데 이용되도록 상기 멀티플렉서의 출력이 상기 가변 주파수 PWM 클록의 주파수 제어 입력에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 롤 카운터는 최대 롤 카운트 값까지 상기 롤 카운트 값을 연속적으로 증가시키고 상기 롤 카운트 값은 최소 롤 카운트 값으로 리셋되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 롤 카운트 값은 랜덤하게 변하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가변 주파수 PWM 클록은 RC 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가변 주파수 PWM 클록은 N 분할 PLL 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원공급장치.
  10. 복수의 PWM 클록 주파수들을 제어하기 위한 펄스폭 변조(PWM) 주파수 디더링 장치에 있어서,
    PWM 카운트 값이 PWM 주기 값과 같을 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 롤 카운터;
    복수의 입력들 및 출력을 가지고, 상기 롤 카운터의 카운트 값을 기반으로 하여 상기 출력이 상기 복수의 입력들중 하나에 결합되는 멀티플렉서; 및
    복수의 주파수 레지스터들을 포함하고,
    상기 복수의 주파수 레지스터들 각각은 상기 멀티플렉서의 상기 복수의 입력들 각각에 결합되고,
    상기 복수의 주파수 레지스터들내에 저장된 주파수 값들이 가변 주파수 PWM 클록 주파수의 판단에 이용되도록 상기 멀티플렉서의 출력이 상기 가변 주파수 PWM 클록의 주파수 제어 입력에 결합되어 있는 PWM 주파수 디더링 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 롤 카운터는 최대 롤 카운트 값까지 상기 롤 카운트 값을 연속적으로 증가시키고 상기 롤 카운트 값은 최소 롤 카운트 값으로 리셋되는 것을 특징으로 하는 PWM 주파수 디더링 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 롤 카운트 값은 랜덤하게 변하는 것을 특징으로 하는 PWM 주파수 디더링 장치.
  13. 스위치 모드 전원공급장치의 펄스폭 변조(PWM) 클록 주파수를 주파수 디더링하기 위한 방법에 있어서,
    PWM 클록의 각 주파수 사이클을 위해 PWM 카운트 값을 증분시키는 단계;
    상기 PWM 카운트 값이 주기 값과 같을 때까지 상기 PWM 카운트 값과 상기 주기 값을 비교하고 상기 PWM 카운트 값을 리셋하는 단계;
    상기 PWM 카운트 값이 리셋될 때마다 롤 카운트 값을 바꾸는 단계;
    상기 롤 카운트 값을 기반으로 하여 복수의 주파수 값들로부터 선택하는 단계; 및
    상기 복수의 주파수 값들 중 선택된 하나를 기반으로 하여 상기 PWM 클록의 주파수를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 롤 카운트 값을 바꾸는 단계는 최대 롤 카운트 값까지 상기 롤 카운터 값을 순차적으로 증분시키고 상기 롤 카운트 값을 최소 롤 카운트 값으로 리셋하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 롤 카운트 값을 바꾸는 단계는 상기 롤 카운트 값을 랜덤하게 바꾸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020077016940A 2005-08-30 2006-08-28 스위치 모드 전원공급장치에서의 펄스폭 변조 주파수디더링 KR100953719B1 (ko)

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