KR101198309B1 - Apparatus for driving switching device of switching mode power supply - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 펄스폭변조(PWM) 방식의 구형파 구동 신호를 발생시키는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치는, 내부 전류공급원으로부터 출력되는 전류(I1)와 삼각파 신호 전압을 전류량으로 변환시킨 전류(I2)를 합성하는 전류합성부와; 상기 전류합성부로부터 합성된 전류(I3)를 커패시터에 충전 또는 방전하여 주파수가 주기적으로 가변되는 구형파 신호를 출력하는 오실레이터와; 상기 오실레이터에서 출력되는 구형파 신호에 대한 주파수를 일정 제수로 나누어 저감시켜 디지털 제어신호를 발생시키는 디바이더와; 상기 디바이더의 제어신호를 입력받아 삼각파 발생을 위한 업-다운 카운팅을 수행하는 카운터와; 상기 카운터에서 업-다운 카운팅된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 삼각파를 발생시키는 D-A변환기; 및 상기 D-A변환기의 최초 삼각파 신호를 이용하여 스타트 기간을 제어하며, 상기 스타트 기간 동안 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 생성된 파형제어 신호를 출력하는 소프트스타트부;를 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 한다.The present invention relates to a device for driving a switching element of a switched mode power supply.
In the switching element driving apparatus of a switching mode power supply for generating a pulse width modulation (PWM) type square wave driving signal according to an embodiment of the present invention, the current I 1 and the triangular wave signal voltage output from an internal current supply source are converted into a current amount. A current synthesizer for synthesizing the converted current I 2 ; An oscillator outputting a square wave signal whose frequency is periodically changed by charging or discharging the current I 3 synthesized from the current synthesizing unit to a capacitor; A divider for dividing the frequency of the square wave signal output from the oscillator by a predetermined divisor to generate a digital control signal; A counter configured to receive a control signal of the divider and perform up-down counting for triangular wave generation; A DA converter converting the up-down counted digital signal from the counter into an analog signal to generate a triangular wave; And a soft start unit configured to control a start period by using an initial triangle wave signal of the DA converter, and output a waveform control signal generated by comparing the triangle wave signal and the current sense signal during the start period. Shall be.

Description

스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치{APPARATUS FOR DRIVING SWITCHING DEVICE OF SWITCHING MODE POWER SUPPLY}Switching device driving device of switching mode power supply {APPARATUS FOR DRIVING SWITCHING DEVICE OF SWITCHING MODE POWER SUPPLY}

본 발명은 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 관한 것으로서, 효율을 증대하기 위해 펄스폭변조 방식의 구형파 구동 신호를 발생시키며 전자파 장해와 음향 노이즈 및 스타트-업 과부하를 방지할 수 있는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 제공하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching device driving apparatus of a switching mode power supply. The present invention relates to a switching mode power generating a pulse width modulated square wave driving signal to increase efficiency and preventing electromagnetic interference, acoustic noise, and start-up overload. It is to provide a switching device driving device of the supply.

최근, 전원공급장치와 관련하여 효율 증대 및 환경적인 영향을 최소화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 트랜스포머를 이용하여 전원장치를 1차측과 2차측으로 분리한 후, 1차측에 있는 스위칭소자를 온/오프(ON/OFF) 함으로써 부하에 전원을 공급하는 스위칭모드 파워서플라이(Switching Mode Power Supply)는 효율이 높아 리니어 타입(Linear type)에 비해 많이 사용되고 있다.Recently, researches for increasing the efficiency and minimizing the environmental impact have been actively conducted in relation to the power supply. In particular, a switching mode power supply that supplies power to a load by separating a power supply device from a primary side and a secondary side using a transformer, and then turning on / off a switching element on the primary side. Because of its high efficiency, it is used more frequently than the linear type.

스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동 방식은 스위칭소자를 효과적으로 스위칭 되도록 하여 효율을 증대시킬 수 있다. 효율을 증대시키기 위한 스위칭소자의 구동 방식으로 구형파 구동 신호의 펄스폭을 변조하는 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation) 방식을 사용하였다.The switching element driving method of the switching mode power supply can increase the efficiency by effectively switching the switching element. A pulse width modulation (PWM) method of modulating the pulse width of a square wave driving signal is used as a driving method of a switching element to increase efficiency.

하지만 상기한 PWM 방식은 짧은 구간(약 4ms)으로 보았을 때 고정 주파수로 동작하게 되는데, 이 경우 일정 시간 간격으로 스위칭 소자를 온/오프함에 따라 발생하는 전자파 장해(EMI; Electromagnetic Interference) 및 음향 노이즈의 원인이 되기도 하였다.However, the PWM method operates at a fixed frequency when viewed in a short period (about 4 ms). In this case, electromagnetic interference (EMI) and acoustic noise generated by switching on / off the switching element at a predetermined time interval are measured. It was also a cause.

한편, PWM 방식은 스위칭모드 파워서플라이의 출력을 감시하고 출력이 일정하도록 스위칭소자의 동작을 제어한다. 즉, PWM 방식은 초기 스타트-업(start-up)에서부터 정상동작 및 동작중지 전까지 스위칭소자의 동작 및 출력을 제어한다.On the other hand, the PWM method monitors the output of the switching mode power supply and controls the operation of the switching element so that the output is constant. In other words, the PWM method controls the operation and output of the switching device from the initial start-up to the normal operation and the operation stop.

PWM 방식의 스위칭소자는 정상동작시 설정된 듀티비의 구형파 구동신호로 동작하는데, 정상동작시의 듀티비는 설계에 따라 임의로 설정된다. 예컨대, 정상동작시의 듀티비는 35%, 40%, 45% 등으로 설정되고 최대 50%까지 설정된다. 경우에 따라 정상동작시의 듀티비의 50%를 초과하여 설정될 수 있다.The PWM switching element operates with a square wave driving signal having a duty ratio set in a normal operation. The duty ratio in a normal operation is arbitrarily set according to design. For example, the duty ratio in normal operation is set to 35%, 40%, 45% and the like and up to 50%. In some cases, it may be set to exceed 50% of the duty ratio in normal operation.

하지만 초기 스타트-업에서 정상동작시의 듀티비로 스위칭소자를 동작시키면, 갑작스런 과부하가 발생하게 되는 문제점이 있었다.However, when operating the switching device in the duty ratio of the normal operation in the initial start-up, there was a problem that a sudden overload occurs.

상술한 바와 같이 전자파 장해 및 음향 노이즈, 그리고 스타트-업에서의 과부하를 방지하기 위해 종래에는 도 1과 같은 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치가 제안된바 있다.As described above, in order to prevent electromagnetic interference, acoustic noise, and overload in start-up, a switching device driving apparatus of the switched mode power supply as shown in FIG. 1 has been proposed.

도 1을 참조한 종래의 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치, 내부 전류 공급원으로부터 출력되는 전류의 크기를 변화시켜 공급하는 전류분배부(10)와, 상기 전류분배부(10)로부터 입력받은 전류를 제1커패시터(21)에 충전 또는 방전하여 삼각파 신호를 발생시키는 삼각파발생부(20)와, 상기 제1커패시터(21)의 충전 또는 방전 시간을 조절하는 제어신호를 발생시켜 삼각파발생부(20)를 제어하는 제어신호발생부(30)와, 상기 전류분배부(10)에서 공급받은 전류(I1)와 상기 삼각파발생부(20)의 삼각파 신호 전압을 전류량으로 변환시킨 전류(I2)를 합성하는 전류합성부(40)와, 상기 전류합성부(40)로부터 합성된 전류(I3)를 제2커패시터(51)에 충전 또는 방전하여 주파수가 주기적으로 가변되는 구형파 신호를 출력하는 오실레이터(50)와, 상기 삼각파발생부(20)의 최초 삼각파 신호를 이용하여 소프트스타트 기간을 제어하며, 소프트스타트 기간 동안 삼각파 신호와 스위칭소자의 전류 센스 신호를 비교하여 생성한 소프트스타트 파형 제어 신호를 출력하는 소프트스타트부(60), 및 외부의 리셋 신호 또는 오토 리스타트 신호에 의해 제1커패시터(21)를 방전시키고, 소프트스타트부(60)의 동작을 재시작시키는 방전부(70)를 포함하여 구성된다.Switching device driving apparatus of the conventional switching mode power supply with reference to FIG. 1, a current distribution unit 10 for changing and supplying the magnitude of the current output from the internal current source, and the current received from the current distribution unit 10 A triangular wave generator 20 for generating a triangular wave signal by charging or discharging the first capacitor 21 and a triangular wave generator 20 by generating a control signal for adjusting the charging or discharging time of the first capacitor 21. The control signal generator 30 for controlling the current, the current (I 1 ) supplied from the current distribution unit 10 and the current (I 2 ) converted the triangular wave signal voltage of the triangular wave signal generator 20 into a current amount An oscillator for charging or discharging the current synthesizer 40 to be synthesized and the current I 3 synthesized from the current synthesizer 40 to the second capacitor 51 to output a square wave signal whose frequency is periodically changed ( 50) and the triangular wave generation The soft start period is controlled by using the first triangular wave signal of the unit 20, and the soft start unit 60 outputs a soft start waveform control signal generated by comparing the triangular wave signal and the current sense signal of the switching element during the soft start period. And a discharge unit 70 for discharging the first capacitor 21 by an external reset signal or an auto restart signal, and restarting the operation of the soft start unit 60.

상기와 같이 구성되는 종래의 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치는, 전자파 장해 및 음향 노이즈를 저감할 수 있는 한편, 초기 스타트-업시 과부하를 방지하는 소프트스타트 기능을 병행할 수 있었다.The switching device driving apparatus of the conventional switching mode power supply configured as described above can reduce electromagnetic interference and acoustic noise, and can perform a soft start function that prevents overload during initial start-up.

그러나, 상기와 같은 종래의 구성은 복잡한 아날로그 회로로 구성되어 제어신호 역시 아날로그 신호로 처리되므로 제어신호가 복잡해지는 문제점이 있었다.However, such a conventional configuration is composed of a complex analog circuit, the control signal is also processed as an analog signal, there is a problem that the control signal is complicated.

또한 아날로그 회로의 특성상 커패시터의 충전 및 방전을 통해서 삼각파를 만들게 되므로 장치의 부피가 커지고 사이즈 문제로 인하여 공정상 회로 내부에 상기 커패시터를 삽입하기 힘든 문제점이 있었다.In addition, due to the characteristics of the analog circuit is to create a triangular wave through the charging and discharging of the capacitor, there is a problem that it is difficult to insert the capacitor inside the circuit due to the volume of the device and the size problem.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 디지털 회로를 구성하여 디지털 신호로 처리되도록 하여 제어신호를 간단히 할 수 있는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a switching device driving apparatus of a switching mode power supply which can simplify a control signal by constructing a digital circuit and processing it as a digital signal. .

또한 공정상 회로 내부에 삽입하기 힘든 커패시터의 생략이 가능하고 장치의 부피를 줄일 수 있는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a switching device driving device of a switched mode power supply which can eliminate a capacitor which is difficult to insert into a circuit in a process and can reduce the volume of a device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another problem to be solved by the present invention not mentioned here is those skilled in the art from the following description. Will be clearly understood.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핵심적 기술구성은, 펄스폭변조(PWM) 방식의 구형파 구동 신호를 발생시키는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 있어서, 내부 전류공급원으로부터 출력되는 전류(I1)와 삼각파 신호 전압을 전류량으로 변환시킨 전류(I2)를 합성하는 전류합성부와; 상기 전류합성부로부터 합성된 전류(I3)를 커패시터에 충전 또는 방전하여 주파수가 주기적으로 가변되는 구형파 신호를 출력하는 오실레이터와; 상기 오실레이터에서 출력되는 구형파 신호에 대한 주파수를 일정 제수로 나누어 저감시켜 디지털 제어신호를 발생시키는 디바이더와; 상기 디바이더의 제어신호를 입력받아 삼각파 발생을 위한 업-다운 카운팅을 수행하는 카운터와; 상기 카운터에서 업-다운 카운팅된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 삼각파를 발생시키는 D-A변환기; 및 상기 D-A변환기의 최초 삼각파 신호를 이용하여 스타트 기간을 제어하며, 상기 스타트 기간 동안 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 생성된 파형제어 신호를 출력하는 소프트스타트부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The core technical configuration of the present invention for achieving the object as described above, in the switching element drive device of the switching mode power supply for generating a pulse width modulation (PWM) square wave drive signal, the current output from the internal current source A current synthesizing unit for synthesizing (I 1 ) and the current I 2 obtained by converting the triangular wave signal voltage into an amount of current; An oscillator outputting a square wave signal whose frequency is periodically changed by charging or discharging the current I 3 synthesized from the current synthesizing unit to a capacitor; A divider for dividing the frequency of the square wave signal output from the oscillator by a predetermined divisor to generate a digital control signal; A counter configured to receive a control signal of the divider and perform up-down counting for triangular wave generation; A DA converter converting the up-down counted digital signal from the counter into an analog signal to generate a triangular wave; And a soft start unit controlling a start period by using the first triangle wave signal of the DA converter, and outputting a waveform control signal generated by comparing the triangle wave signal and the current sense signal during the start period. do.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 전류합성부는 두 개의 전류미러회로를 포함하며, 일방의 전류미러회로에는 고정 전류값을 입력받고, 타방의 전류미러회로에는 주기적으로 변경되는 전압값을 MOSFET 또는 BJT에 의해 전류값으로 변환한 후, 상기 두 개의 전류값을 합성하여 주기적으로 전류량을 변환시켜 구현되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment, the current synthesizing unit includes two current mirror circuits, one of the current mirror circuits receives a fixed current value, and the other of the current mirror circuits periodically changes a voltage value by using a MOSFET or a BJT. After converting to the current value, it is characterized in that it is implemented by synthesizing the two current values to periodically convert the amount of current.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 소프트스타트부는, 삼각파 신호의 전압값과 미리 설정한 기준 전압값을 비교하여 소프트스타트 가능 기간을 설정하는 제1비교기와, 상기 제1비교기와 연결되어 소프트스타트 가능 기간 중 최초의 삼각파 신호인 경우에 소프트스타트 기간으로 하는 기간제어 신호를 출력하는 SR래치와, 상기 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 파형제어 신호를 생성하는 제2비교기와, 상기 기간제어 신호와 파형제어 신호를 입력으로 하여 소프트스타트 제어 신호를 출력하는 AND게이트와, 상기 소프트스타트 제어 신호와 외부의 정상상태 PWM 제어신호를 입력으로 하여 구형파 구동신호의 펄스폭 제어신호를 출력하는 OR게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment, the soft start unit may include a first comparator configured to set a soft start possible period by comparing a voltage value of a triangular wave signal with a preset reference voltage value, and a soft start unit connected to the first comparator. SR latch for outputting a period control signal for a soft start period in the case of the first triangle wave signal, and a second comparator for comparing the triangle wave signal and the current sense signal to generate a waveform control signal, and the period control signal and waveform control. And an OR gate for outputting a soft start control signal as an input signal, and an OR gate for outputting a pulse width control signal of a square wave drive signal by inputting the soft start control signal and an external steady state PWM control signal. It features.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 SR래치는 리셋(reset) 신호 또는 오토 리스타트(auto restart) 신호를 입력으로 하여, 리셋 또는 오토 리스타트 이후 최초의 삼각파 신호에 대하여 소프트스타트 기간으로 재설정하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment, the SR latch is a reset signal or an auto restart signal as an input, characterized in that to reset to the soft start period for the first triangle wave signal after the reset or auto restart do.

상술한 바와 같이 구성되고 작용하는 본 발명은, 디지털 회로를 구성하여 삼각파 신호가 디지털 신호로 처리되도록 하여 제어신호를 간단히 할 수 있는 효과가 있다.The present invention constructed and functioning as described above has the effect of simplifying the control signal by configuring a digital circuit so that the triangular wave signal is processed into a digital signal.

또한 공정상 회로 내부에 삽입하기 힘든 커패시터의 생략이 가능하고 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 오실레이터에서 발생하는 사각파를 이용하여 삼각파를 생성하므로 공정의 변화에 따른 전류량이 일정하게 유지되는 효과가 있다.In addition, it is possible to omit capacitors that are difficult to insert into the circuit during the process and to reduce the volume of the device. Since the triangular wave is generated by using the square wave generated from the oscillator, the amount of current according to the process change is kept constant. .

도 1은 종래의 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 구성하는 회로도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치의 각 기능부를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 구성하는 회로도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 대한 시뮬레이션 결과를 출력 파형으로 나타낸 파형도.1 is a circuit diagram of a device for driving a switching device of a conventional switching mode power supply.
2 is a block diagram schematically illustrating each functional unit of a switching device driving apparatus of a switched mode power supply according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of a device for driving a switching device of a switched mode power supply according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4 is a waveform diagram showing a simulation result for the switching device driving device of the switching mode power supply according to an embodiment of the present invention as an output waveform.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments based on the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims are to be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It must be interpreted in terms of meaning and concept.

또한, 하기 설명에서 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 특정 사항들 없이도, 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without specific matters such as a specific circuit element in the following description.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 설명하기 위한 도면이다.2 and 3 are views for explaining a switching device driving apparatus of a switching mode power supply according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치의 각 기능부를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치를 구성하는 회로도이다.Specifically, FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating each functional unit of a switching device driving apparatus of a switching mode power supply according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a switching device of a switching mode power supply according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram which comprises a drive apparatus.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이 스위칭소자 구동장치는, 전류합성부(100), 오실레이터(200), 디바이더(300), 카운터(400), D-A변환기(500) 및 소프트스타트부(600)를 포함하며, 첨부된 도면을 참조하여 각 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.2 and 3, the switching mode power supply switching device driving apparatus according to an embodiment of the present invention, the current synthesizer 100, the oscillator 200, the divider 300, the counter 400, A DA converter 500 and a soft start unit 600 are included, and each component will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 전류합성부(100)에 대해 설명하도록 한다.First, the current synthesis unit 100 will be described.

상기 전류합성부(100)는 내부 전류공급원으로부터 출력되는 전류(I1)와 삼각파 신호 전압을 전류량으로 변환시킨 전류(I2)를 합성하는 것으로, 합성된 전류(I3)를 후술할 오실레이터(200)에 공급한다.The current synthesis unit 100 is found to synthesize a current (I 2) which converts the triangular wave signal voltage current (I 1) to the amount of current output from an internal current supply, which will be described later the combined current (I 3), the oscillator ( 200).

이를 위해 전류합성부(100)는 두 개의 전류미러회로를 이용하여 구성되며, 일방의 전류미러회로에는 고정된 전류값을 갖는, 즉 스위칭소자 구동 신호의 동작 주파수를 발생시키기 위한 전류(I1)를 입력받고, 타방의 전류미러회로에는 주기적으로 변경되는 전압값을 MOSFET 또는 BJT에 의해 전류값으로 변환한, 즉 동작 주파수를 가변하기 위한 전류(I2)를 입력받은 후, 두 개의 전류값을 합성하여 주기적으로 전류량을 변화시킨 전류(I3)를 구현한다.
To this end, the current synthesizing unit 100 is configured using two current mirror circuits, and one current mirror circuit has a fixed current value, that is, a current I 1 for generating an operating frequency of a switching device driving signal. In the other current mirror circuit, the voltage value that is periodically changed is converted into the current value by the MOSFET or the BJT, that is, the current I 2 for varying the operating frequency is input, and then the two current values are input. By synthesizing, a current I 3 having a periodically changed amount of current is realized.

다음으로 오실레이터(200)에 대해 설명하도록 한다.Next, the oscillator 200 will be described.

상기 오실레이터(200)는 전류합성부(100)로부터 합성된 전류(I3)를 커패시터에 충전 또는 방전하여 주파수가 주기적으로 가변되는 구형파 신호를 출력한다. 이때 상기 커패시터(210)의 충방전 타이밍 또한 오실레이터(200)에 포함된 트랜스미트 게이트와 인버터에 의해 조절된다.The oscillator 200 outputs a square wave signal whose frequency is periodically changed by charging or discharging the current I 3 synthesized from the current synthesis unit 100 to a capacitor. At this time, the charge and discharge timing of the capacitor 210 is also controlled by the transmit gate and the inverter included in the oscillator 200.

오실레이터(200)는 스위칭소자 구동 신호의 동작 주파수를 발진하는 소자로서, 오실레이터(200)로부터 출력되는 구형파 신호에 따라 구동 신호의 동작 주파수가 결정된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 동작 주파수를 일정 시간 간격(대략 4ms)으로 가변시킴으로써, 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에서 발생되는 전자파 장해의 영향을 저감시킬 수 있다.The oscillator 200 oscillates the operating frequency of the switching element driving signal, and the operating frequency of the driving signal is determined according to the square wave signal output from the oscillator 200. Therefore, in the embodiment of the present invention, by changing the operating frequency at a predetermined time interval (approximately 4 ms), it is possible to reduce the influence of electromagnetic interference generated in the switching device driving device of the switching mode power supply.

즉, 상기 오실레이터(200)는 주파수 지터링(frequency jittering)이라는 기능을 적용시켜 주파수를 가변시키는 것으로, 일반적인 제어회로에 사용되는 주파수의 2% 내지 3%를 주기적으로 가변시킨다.
That is, the oscillator 200 applies a function called frequency jittering to change the frequency, and periodically varies 2% to 3% of the frequency used in a general control circuit.

다음으로 디바이더(300)에 대해 설명하도록 한다.Next, the divider 300 will be described.

상기 디바이더(300)는 오실레이터(200)에서 출력되는 구형파 신호에 대한 주파수를 일정 제수로 나누는 것으로, 상기 주파수를 저감시켜 디지털 제어신호를 발생시키게 된다.The divider 300 divides the frequency of the square wave signal output from the oscillator 200 by a predetermined divisor, thereby reducing the frequency to generate a digital control signal.

통상적으로 PWM 제어에 적용되는 오실레이터(200)의 주파수 주기는 50kHz 내지 200kHz가 사용되는데, 상기 디바이더(300)는 주파수 주기를 50Hz 내지 200Hz로 낮추어 후술할 카운터에 클럭으로 입력시켜 줌으로써 지터링 및 소프트스타트를 위한 제어신호를 발생시켜주게 된다.
Typically, the frequency period of the oscillator 200 to be applied to the PWM control is 50kHz to 200kHz, the divider 300 lowers the frequency period to 50Hz to 200Hz by inputting the clock to the counter to be described later jittering and soft start It generates a control signal for.

다음으로 카운터(400)에 대해 설명하도록 한다.Next, the counter 400 will be described.

상기 카운터(400)는 디바이더(300)의 제어신호를 입력받아 삼각파 발생을 위한 업-다운 카운팅을 수행하는 것으로, MCU 응용 시스템을 구현할 때 자주 사용되는 블록이다.The counter 400 receives a control signal of the divider 300 to perform up-down counting for triangular wave generation, and is a block frequently used when implementing an MCU application system.

이와 같은 카운터(400)는 주어진 입력 클럭에 따라 레지스터 값이 증가 또는 감소되며. 그 값에 따라 다른 블록을 제어하거나 새로운 인터럽트를 발생시켜서 전체적인 시스템의 동작을 제어할 수도 있다.
The counter 400 increases or decreases the register value according to a given input clock. Depending on the value, you can control other blocks or generate new interrupts to control the overall system operation.

다음으로 D-A변환기(500)에 대해 설명하도록 한다.Next, the D-A converter 500 will be described.

상기 D-A변환기(500)는 카운터(400)에서 업-다운 카운팅된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 삼각파를 발생시키는 것으로, 보통 DAC(Digital to Analog Converter)라고도 한다.The D-A converter 500 generates a triangular wave by converting the up-down counted digital signal from the counter 400 into an analog signal, also commonly referred to as a digital to analog converter (DAC).

이와 같은 D-A변환기(500)를 통해 삼각파 신호가 디지털 신호로 처리되도록 하여 제어신호를 간단히 할 수 있으며, 공정상 회로 내부에 삽입하기 힘든 커패시터의 생략이 가능해진다.The D-A converter 500 allows the triangular wave signal to be processed as a digital signal, thereby simplifying the control signal and eliminating a capacitor that is difficult to insert into the circuit.

특히 종래에는 공정상의 변화에 따라 전류량이 변하게 되어 삼각파의 주기가 가변되므로 공정의 변화에 따른 흔들림이 크게 발생하였지만, 본 발명에서는 삼각파 발생에 사용되는 커패시터의 생략이 가능해지고 오실레이터(200)에서 발생되는 사각파를 이용하여 삼각파를 생성함으로써 공정의 변화에 따른 흔들림이 최소화될 수 있다.
Particularly, in the related art, the amount of current is changed according to a change in the process, and thus the period of the triangular wave is variable, so that the shaking caused by the change of the process is greatly generated. By generating the triangular wave using the square wave, the shaking due to the change of the process can be minimized.

다음으로 소프트스타트부(600)에 대해 설명하도록 한다.Next, the soft start unit 600 will be described.

상기 소프트스타트부(600)는 D-A변환기(500)의 최초 삼각파 신호를 이용하여 스타트 기간을 제어하는 것으로, 상기 스타트 기간 동안 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 생성된 파형제어 신호를 출력하게 된다. 여기서 전류 센스 신호는 파워 MOSFET으로 구현되는 스위칭소자의 소스 부분에 위치한 센스 저항에 의해 발생되는 PWM 신호 발생기용 제어신호이다. 전류 센스 신호의 파형은 톱니파를 이룬다.The soft start unit 600 controls the start period by using the first triangle wave signal of the D-A converter 500, and outputs a waveform control signal generated by comparing the triangle wave signal and the current sense signal during the start period. The current sense signal is a control signal for a PWM signal generator generated by a sense resistor located at a source portion of a switching element implemented by a power MOSFET. The waveform of the current sense signal is sawtooth wave.

상기와 같은 소포트스타트부(600)는, 제1비교기(610), SR래치(630), 제2비교기(650), AND게이트(670) 및 OR게이트(690)를 포함한다.The sopot start unit 600 includes a first comparator 610, an SR latch 630, a second comparator 650, an AND gate 670, and an OR gate 690.

제1비교기(610)는 삼각파 신호의 전압값과 미리 설정한 기준 전압값을 비교하여 소프트스타트 가능 기간을 설정한다. 여기서 소프트스타트 가능 기간의 시간 길이는 기준 전압값을 조정함으로써 조절할 수 있다.The first comparator 610 sets a soft start possible period by comparing the voltage value of the triangular wave signal with a preset reference voltage value. Here, the time length of the soft start possible period can be adjusted by adjusting the reference voltage value.

SR래치(630)는 제1비교기(610)와 연결되어 소프트스타트 가능 기간 중 최초의 삼각파 신호인 경우에 소프트스타트 기간으로 하는 기간제어 신호를 출력한다. 여기서 상기 SR래치(630)는 리셋(reset) 신호 또는 오토 리스타트(auto restart) 신호를 입력으로 하는 것이 바람직한데, 이를 통해 리셋 또는 오토 리스타트 이후 최초의 삼각파 신호에 대하여 소프트스타트 기간으로 재설정하게 된다.The SR latch 630 is connected to the first comparator 610 and outputs a period control signal as a soft start period when the first triangle wave signal is a soft start possible period. Here, the SR latch 630 is preferably a reset signal or an auto restart signal as an input, thereby resetting to the soft start period for the first triangular wave signal after the reset or auto restart. do.

제2비교기(650)는 삼각파 신호와 스위칭소자의 전류 센스 신호를 비교하여 소프트스타트 파형제어 신호를 생성한다.The second comparator 650 compares the triangular wave signal with the current sense signal of the switching element to generate a soft start waveform control signal.

AND게이트(670)는 소프트스타트 기간제어 신호와 파형제어 신호를 입력으로 하여 소프트스타트 제어신호를 출력한다.The AND gate 670 receives a soft start period control signal and a waveform control signal and outputs a soft start control signal.

OR게이트(690)는 소프트스타트 제어신호와 외부의 정상상태 PWM 제어신호를 입력으로 하여 구형파 구동신호의 펄스폭 제어신호를 출력한다.The OR gate 690 receives a soft start control signal and an external steady state PWM control signal and outputs a pulse width control signal of a square wave driving signal.

상술한 바와 같이 소프트스타트부(600)는 소프트스타트(soft start) 기능을 위한 것으로, 상기 소프트스타트부(600)는 작은 듀티(duty)비의 구동 신호로 스위칭소자를 구동시킨 후, 시간 경과에 따라 점점 듀티비를 늘려 일정 시간 후에 정상 동작시의 듀티비가 되도록 한다. 즉, 삼각파 신호와 전류 센싱 신호를 비교함으로써 펄스 듀티비가 서서히 커지는 신호를 발생시켜 전원장치의 초기 구동시 파워 MOFET을 워밍업시켜 갑작스런 과부하를 방지하게 되는 것이다.
As described above, the soft start unit 600 is for a soft start function, and the soft start unit 600 drives the switching element with a drive signal having a small duty ratio. Therefore, the duty ratio is gradually increased to become the duty ratio in normal operation after a certain time. That is, by comparing the triangular wave signal and the current sensing signal, a signal in which the pulse duty ratio is gradually increased is generated, thereby warming up the power MOFET during initial driving of the power supply device, thereby preventing sudden overload.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 대한 시뮬레이션 결과를 출력 파형으로 나타낸 파형도이다.4 is a waveform diagram illustrating a simulation result of the switching device driving apparatus of the switching mode power supply according to an exemplary embodiment of the present invention as an output waveform.

도 4의 오실레이터(200)의 출력 파형은, 주기적으로 주파수가 가변되고 있음을 알 수 있다.It can be seen that the frequency of the output waveform of the oscillator 200 of FIG. 4 varies periodically.

도 4의 D-A변환기(500)의 출력 파형은, 계단형의 삼각파가 주기적으로 발생함을 알 수 있다.In the output waveform of the D-A converter 500 of FIG. 4, it can be seen that a stepped triangular wave is periodically generated.

도 4의 소프트스타트 기간 제어 신호는, 하이(high) 상태를 유지하는 동안이 소프트스타트 기간이 된다.The soft start period control signal in Fig. 4 becomes the soft start period while the high state is maintained.

여기서, 통상적인 주파수의 가변 범위인 2% 내지 3%를 적용할 경우 그 변화량을 그래프 상에서 인지할 수 없기 때문에 주파수 가변 범위를 25%까지 늘려 시뮬레이션하였다. 물론 다른 범위로도 주파수의 가변이 가능하며, 전류합성부()의 전류미러에서 MOSFET의 폭(width) 값을 변경시키면 되는 것으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
In this case, when the variable range of 2% to 3% of the conventional frequency is applied, the variation is not recognized on the graph, and the frequency variable range is increased to 25% to simulate. Of course, the frequency can be changed to other ranges, and the detailed description is omitted since only the width value of the MOSFET can be changed in the current mirror of the current synthesis unit ().

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the claims that follow may be better understood. It should be appreciated by those skilled in the art that the above-described concepts and specific embodiments of the present invention can be used immediately as a basis for designing or modifying other shapes for carrying out similar objects to the present invention.

또한 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.In addition, the above-described embodiment is only one embodiment according to the present invention, and various modifications and changes may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. These various modifications and changes are also within the scope of the technical idea of the present invention, and will be included in the claims of the present invention described below.

10: 전류분배부 20: 삼각파발생부
21: 제1커패시터 30: 제어신호발생부
40:전류합성부 50: 오실레이터
51: 제2커패시터 60: 소프트스타트부
70: 방전부
100: 전류합성부 200: 오실레이터
210: 커패시터 300: 디바이더
400: 카운터 500: D-A변환기
600: 소프트스타트부 610: 제1비교기
630: RS래치 650: 제2비교기
670: AND게이트 690: OR게이트10: current distribution unit 20: triangle wave generator
21: first capacitor 30: control signal generator
40: current synthesizer 50: oscillator
51: second capacitor 60: soft start section
70: discharge part
100: current synthesizer 200: oscillator
210: capacitor 300: divider
400: counter 500: DA converter
600: soft start unit 610: first comparator
630: RS latch 650: second comparator
670: AND gate 690: OR gate

Claims (4)

펄스폭변조(PWM) 방식의 구형파 구동 신호를 발생시키는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치에 있어서,
내부 전류공급원으로부터 출력되는 전류(I1)와 삼각파 신호 전압을 전류량으로 변환시킨 전류(I2)를 합성하는 전류합성부;
상기 전류합성부로부터 합성된 전류(I3)를 커패시터에 충전 또는 방전하여 주파수가 주기적으로 가변되는 구형파 신호를 출력하는 오실레이터;
상기 오실레이터에서 출력되는 구형파 신호에 대한 주파수를 일정 제수로 나누어 저감시켜 디지털 제어신호를 발생시키는 디바이더;
상기 디바이더의 제어신호를 입력받아 삼각파 발생을 위한 업-다운 카운팅을 수행하는 카운터;
상기 카운터에서 업-다운 카운팅된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 삼각파를 발생시키는 D-A변환기; 및
상기 D-A변환기의 최초 삼각파 신호를 이용하여 스타트 기간을 제어하며, 상기 스타트 기간 동안 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 생성된 파형제어 신호를 출력하는 소프트스타트부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치.In the switching element driving device of the switching mode power supply for generating a pulse width modulation (PWM) square wave drive signal,
A current synthesizer for synthesizing the current I 1 output from the internal current source and the current I 2 obtained by converting the triangular wave signal voltage into an amount of current;
An oscillator outputting a square wave signal whose frequency is periodically varied by charging or discharging the current I 3 synthesized from the current synthesis unit to a capacitor;
A divider for dividing the frequency of the square wave signal output from the oscillator by a predetermined divisor to generate a digital control signal;
A counter configured to receive a control signal of the divider and perform up-down counting for triangular wave generation;
A DA converter converting the up-down counted digital signal from the counter into an analog signal to generate a triangular wave; And
A soft start unit configured to control a start period by using an initial triangle wave signal of the DA converter, and output a waveform control signal generated by comparing a triangle wave signal and a current sense signal during the start period;
Switching device driving device of the switching mode power supply, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,
상기 전류합성부는 두 개의 전류미러회로를 포함하며, 일방의 전류미러회로에는 고정 전류값을 입력받고, 타방의 전류미러회로에는 주기적으로 변경되는 전압값을 MOSFET 또는 BJT에 의해 전류값으로 변환한 전류값을 입력받고, 상기 두 개의 전류값을 합성하여 주기적으로 전류량을 변환시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치.The method of claim 1,
The current synthesizing unit includes two current mirror circuits, and a current obtained by receiving a fixed current value in one current mirror circuit and converting a voltage value periodically changed in the other current mirror circuit into a current value by a MOSFET or a BJT. Switching device driving device of the switching mode power supply, characterized in that the input is received, and the two current values are synthesized by periodically converting the amount of current. 제 1항에 있어서,
상기 소프트스타트부는, 삼각파 신호의 전압값과 미리 설정한 기준 전압값을 비교하여 소프트스타트 가능 기간을 설정하는 제1비교기와, 상기 제1비교기와 연결되어 소프트스타트 가능 기간 중 최초의 삼각파 신호인 경우에 소프트스타트 기간으로 하는 기간제어 신호를 출력하는 SR래치와, 상기 삼각파 신호와 전류 센스 신호를 비교하여 파형제어 신호를 생성하는 제2비교기와, 상기 기간제어 신호와 파형제어 신호를 입력으로 하여 소프트스타트 제어 신호를 출력하는 AND게이트와, 상기 소프트스타트 제어 신호와 외부의 정상상태 PWM 제어신호를 입력으로 하여 구형파 구동신호의 펄스폭 제어신호를 출력하는 OR게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치.The method of claim 1,
The soft start unit may include: a first comparator configured to set a soft start possible period by comparing a voltage value of the triangular wave signal with a preset reference voltage value; and a first comparator connected to the first comparator for the first triangular wave signal. An SR latch for outputting a period control signal for a soft start period to the second; and a second comparator for generating a waveform control signal by comparing the triangular wave signal with a current sense signal; and inputting the period control signal and the waveform control signal as soft input. And an OR gate for outputting a start control signal, and an OR gate for outputting a pulse width control signal of a square wave driving signal by inputting the soft start control signal and an external steady state PWM control signal. Supply device switching device. 제 3항에 있어서,
상기 SR래치는 리셋(reset) 신호 또는 오토 리스타트(auto restart) 신호를 입력으로 하여, 리셋 또는 오토 리스타트 이후 최초의 삼각파 신호에 대하여 소프트스타트 기간으로 재설정하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이의 스위칭소자 구동장치.The method of claim 3, wherein
The SR latch inputs a reset signal or an auto restart signal, and resets the first triangular wave signal to a soft start period after the reset or auto restart. Switching device drive.
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