KR101224511B1 - 펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 - Google Patents

Abstract

종래 "전류 모드" 제어기들에 비해 개선된 동력을 가진 펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트가 개시된다. 본 발명에 따라, 스위치(S1)의 게이트 신호는 적분된다. 이 적분 값이 제어 증폭기(CCL)의 출력 신호를 초과하자 마자, 스위치(S1)는 다시 스위치 오프된다. 회로 어레인지먼트는 아날로그 스위칭 엘리먼들 및 마이크로제어기(μC)에 의해 실행되는 기능들을 경제적으로 할당하는데 매우 적합하다.

Description

펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT AND METHOD FOR CONTROLLING A PULSED POWER SUPPLY}

도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 예시적인 실시예를 도시한다.

도 2는 "불연속 모드"에서 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 전류들 및 전압들의 통상적인 시간 프로파일들을 도시한다.

도 3은 "연속 모드"에서 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 전류들 및 전압들의 통상적인 시간 프로파일들을 도시한다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

μC : 마이크로 제어기 SE : 제어 유니트

Det : 검출기 DCL : 듀티 사이클 제어기

CCL : 제어 증폭기

본 발명은 펄스 전원(pulsed power supply)을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트(arrangement)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 펄스 전원을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

펄스 전원들은 일반적으로 공지되었다. 상기 공급기들은 로드 요구조건들에 제공되는 전기 에너지를 매칭하기 위하여 사용된다. 이것은 예를 들어 전압 레벨 매칭 또는 제어된 전압원 또는 전류원의 매칭이다. 펄스 전원들은 필수적으로 적어도 하나의 전자 스위치 및 인덕터들 및 캐패시터들 같은 에너지 저장소들을 포함한다.

일반적으로 본 발명을 설명하기 위한 기초로서 다른 컨버터들에 대한 대표적인 방식으로 사용되는 소위 벅(buck) 컨버터가 이용된다. 벅 컨버터들은 일반적으로 공급원 전압보다 낮은 전압을 가진 전압원을 제공하는데 사용된다. 그러나, 벅 컨버터들은 전압원로부터 로드를 동작시키기 위하여 사용되고, 상기 로드는 일정한 전류 또는 일정한 전력을 요구한다. 이것은 방전 램프들을 가지는 경우이다. 특히, 고압 방전 램프들은 일반적으로 벅 컨버터에 의해 공급된다.

벅 컨버터는 온(ON) 타임 지속기간 동안 스위치 온되거나 폐쇄되고 오프(OFF) 타임 지속기간 동안 스위치 오프되거나 개방되는 전자 스위치를 가진다. 온 타임 동안, 공급원으로부터 벅 인버터로 에너지가 흐른다. 오프 타임 동안, 벅 인덕터에 저장된 에너지는 로드로 흐른다. 온 타임 및 오프 타임 사이의 비율은 소위 듀티 사이클이라 불리고, 상기 듀티 사이클에 의해 에너지가 흐르고 따라서 로드 전압 또는 로드 전류는 제어될 수 있다. 그러므로, 전자 스위치를 스위치 온하기 위하여 제어 신호를 생성하는 펄스 전원, 이 경우 벅 컨버터를 제어하기 위해 제공된 회로 어레인지먼트가 필요하고, 상기 듀티 사이클은 피제어 변수에 따른다.

상기 제어 회로의 통상적인 요구 사항은 로드 변화가 제어 출력 변수에서 인식될 수 없도록 가능한 높은 제어 속도를 가지는 것이다. 가능한한 높은 제어 속도는 만약 제어된 출력 변수가 가능한한 오류없는 방식으로 목표된 시간 프로파일을 따르게 하려면 필요하다. 이것은 특히 투사 분야들에서의 고압 방전 램프들의 전류 프로파일에 대한 경우이다. 이런 분야에서, 제어 발진들이 가능한한 낮은 것이 필요하다.

펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트는 종래 기술에서 공지되었고 소위 "평균 전류 모드"에서 기능한다. 전자 스위치를 위한 제어 신호는 이 경우 피제어 변수에 따르는 임계값과 톱니파 발생기의 톱니 전압을 비교하는 비교기에 의해 형성된다. 임계값은 벅 인덕터를 통과하는 전류를 검출하는 집적 차동 증폭기에 의해 제공된다. 목표된 전류값은 차동 증폭기에 대한 기준 값으로 입력될 수 있다. 그 다음 펄스 전원은 예를 들어 방전 램프에 대한 전류원으로서 작동한다. 펄스 전원의 출력 전압은 또한 차동 증폭기에 대한 기준 값으로서 입력될 수 있다. 이 경우, 펄스 전원은 전압원로서 기능한다.

기술된 종래 기술에 따른 펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트의 실시예는 다음과 같은 단점을 가진다 :

- 제어 속도는 제어 안정성이 더 이상 보장되지 않기 때문에 목표된 만큼 증가될 수 없다. 예를 들어 소위 폐쇄 루프 이득을 증가시킴으로써 제어 속도의 증가는 항상 종래 기술에서 안정성을 손상시키고 따라서 제어 발진들을 증가시켰다.

- 임계값에 도달될 때, 전자 스위치는 즉각적으로 동작하지 않고 피할 수 없는 응답 시간들로 인해 특정 지연 후에만 동작한다. 이런 지연 동안 벅 인덕터 전류의 변화는 벅 인덕터 전류 변화 기울기에 따른다. 이것은 차례로 에너지 공급원의 전압에 따른다. 에너지 공급원의 전압들 차로 인해, 상이한 피크 값들이 벅 인덕터 전류에 발생한다. 따라서 종래 기술에서, 에너지 공급원의 전압 변화들은 본래 피제어 변수의 변화들을 유발한다. 즉 에너지 공급원 전압의 변화들은 완전히 보상될 수 없다. 보다 우수한 보상은 차례로 안정성 손상을 일으킬 수 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술로부터의 상기된 단점들을 방지하는 펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 제어 발진의 임의의 증폭없이 제어 속도 증가를 제공한다.

본 발명의 한가지 추가 양상은 마이크로제어기 또는 디지털 논리 유니트의 바람직한 장점을 사용하는 펄스 전원 제어를 위한 회로 어레인지먼트를 제공하는 것이다.

본 발명의 한가지 추가 양상은 벅 인덕터 전류가 영이되지 않는 소위 "연속 모드", 및 평균적으로 벅 인덕터 전류가 영이되는 소위 "불연속 모드" 양쪽에 적합한 펄스 전원을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트를 제공하는 것이다.

이들 목적들은 전자 스위치에 대한 제어 신호의 시간 적분을 형성하고 만약 시간 적분이 가중된(weighted) 피제어 변수보다 크면 온 타임을 종료하는 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 회로 어레인지먼트에서, 톱니파 발생기는 바람직하게 필요하지 않을 수 있다. 대신, 톱니파 또는 삼각파 전압은 제어 신호의 적분으로 인하여 발생한다. 종래 기술에서, 톱니파 발생기는 벅 인덕터 전류의 시간적 프로파일과 무관하게 기능한다. 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트에서, 제어 신호의 적분에 의해 형성된 톱니파 또는 삼각파 전압은 벅 인덕터 전류가 상승하기 시작할때 정확히 상승하기 시작한다. 따라서 톱니파 또는 삼각파 전압은 벅 인덕터 전류와 동기된다. 본 발명에 따른 이런 동기화는 기술된 해결책에 대응하는 방식으로 제어 신호에 의해 트리거되는 종래 기술의 톱니파 발생기에 의해 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 동기화는 폐쇄 루프 이득 및 제어 발진들을 증가시키지 않고 제어 속도 증가를 유발한다.

만약 제어 신호의 시간 적분이 가중된 피제어 변수를 초과하면, 온 타임은 종료하고 오프 타임은 시작하여, 여기서 전자 스위치는 스위치 오프된다. 오프 타임의 지속기간은 바람직하게 두 개의 장치들에 의해 결정된다 ; 첫째 오프 타이머 및 둘째 벅 인덕터 같은 인덕터에서 전류 제로(zero) 크로싱을 검출하는 검출기. 양쪽 장치들은 개별적으로 사용되거나 결합하여 사용될 수 있다.

오프 타이머는 특히 "연속 모드"에 적당하다. 일단 전자 스위치가 스위치 오프되면 인덕터 전류가 감소되는 시간은 오프 타이머에 의해 제한된다. 오프 타이머는 제어 유니트의 일부이고 바람직하게 마이크로제어기에 의해 구현된다. 온 타임이 종료점에 다가오기 시작하자 마자, 제어 유니트는 오프 타이머를 시작한다. 마이크로제어기로 인해, 오프 타이머에 의해 입력되는 최대 오프 타임은 융통성있는 방식으로 프로그램될 수 있고 심지어 동작중에 변경될 수 있다.

검출기는 특히 "불연속 모드"에 적당하다. 검출기로 인해, 오프 타임은 자동으로 설정되어, 제어 유니트는 인덕터 전류, 예를 들어 벅 인덕터 전류가 영이될때 다시 전자 스위치를 스위치 온한다. 검출기는 필수적으로 전류 "영"을 정확히 검출할 필요가 없고; 또한 심지어 운행 시간을 보상하기 위하여 "영" 초과 또는 미만인 전류에서 응답할 수 있다.

만약 회로 어레인지먼트가 검출기 및 오프 타이머 모두를 포함하면, 펄스 전원은 "불연속 모드" 및 "연속 모드" 양쪽에서 가능할 수 있다. 인덕터 전류가 영에 도달되기 전에 만약 최대 오프 타임이 만료되면, 펄스 전원은 "연속 모드"에서 기능한다. 최대 오프 타임이 만료되기 전에 만약 인덕터 전류가 영이되면, 펄스 전원은 "불연속 모드"에서 기능한다. 마이크로제어기는 오프 타이머에 의해 조절되는 최대 오프 시간에 의한 동작 동안 조차 상기 모드들 사이를 변경할 수 있다. 개시된 회로 어레인지먼트의 구조는 하드웨어 및 소프트웨어 양쪽 측면들에서 거의 복잡도를 가지지 않고 가능하게 형성된다.

상기 설명에 따라, 온 타임은 만약 제어 신호의 적분이 가중된 피제어 변수를 초과하면, 제어 신호를 통하여 전자 스위치를 스위칭 오프함으로써 제어 유니트에 의해 제한된다. 몇몇 경우들에서, 이것은 상기 경우일 때까지 기다리는 것이 아니고 온 타임을 미리 중단시키는 것이 편리할 수 있다. 예를 들어, 이것은 만약 펄스 전원의 특정 발진 주파수가 목표되거나 인덕터 전류가 상한쪽으로 제한되면, 필요할 수 있다. 이것은 바람직하게 온 타임의 시작시 시작하고 일단 온 타이머에 의해 미리 결정된 최대 온 타임이 만료되면 온 타임을 중단하는 온 타이머에 의해 달성된다. 오프 타이머와 유사한 방식으로, 온 타이머는 바람직하게 마이크로제어기에 의해 구현된다. 따라서, 최대 온 타임은 융통성있는 방식으로 프로그램될 수 있고 또한 동작 동안 변경될 수 있다.

제어 신호의 시간 적분과 비교되는 가중된 피제어 변수는 필수적으로 인덕터 전류에 비례하고 제어 증폭기에 의해 증폭된 신호이다. 제어 증폭기는 차동 증폭기 형태이다. 차동 증폭기는 피드백을 통하여 적분 성분을 수신한다. 차동 증폭기는 실제 변수 "인덕터 전류" 및 목표된 변수 사이의 차를 형성한다. 마이크로제어기는 바람직하게 목표된 변수 값을 미리 결정한다. 이 경우, 목표된 변수가 펄스 전원의 출력 변수들에 따라 마이크로제어기에서 계산되는 것은 가능하다. 이것은 고압 방전 램프들을 동작시킬 때 요구된 바와 같은 전력 제어를 구현하는 것을 가능하게 한다. 회로 어레인지먼트의 개시된 설계는 기능들이 마이크로제어기들 및 아날로그 구성요소들 사이에서 경제적으로 할당되게 한다. 속도 측면들에서 임계 기능들을 모두 충족하는 차동 증폭기 및 비교기는 아날로그 방식으로 구현된다. 계산적으로 복잡한 기능들 및 융통성있는 방식으로 프로그램될 수 있는 기능들은 마이크로제어기에 의해 행해질 수 있다. 이들은 타이머 기능들 및 목표값의 계산이다. 유사한 방식으로, 디지털 논리 회로는 마이크로제어기 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 소위 게이트 어레이들 또는 FPGA들은 사용될 수 있다.

마이크로제어기의 소프트웨어 도움으로, 전자 스위치(S1)를 가진 펄스 전원을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법은 실현되고, 다음과 같은 단계들을 특징으로 한다 :

- 온 타이머에서 최대 온 타임을 고정하는 단계

- 오프 타이머에서 최대 오프 타임을 고정하는 단계

- 제어 신호로 전자 스위치(S1)를 스위칭 온하고 온 타이머를 시작하는 단계

- 제어 신호의 시간 적분을 제공하는 단계

- 가중된 피제어 변수를 제공하는 단계

- 제어 신호의 시간 적분과 가중된 피제어 변수 사이의 차이로부터 형성된 차동 변수를 제공하는 단계

- 만약 차동 변수가 임계 값, 예를 들어 영에 도달하면, 온 타이머가 리셋되고, 전자 스위치는 스위치 오프되고 오프 타이머는 시작되는 단계

- 만약 온 타이머가 최대 온 타임에 도달하면, 온 타이머는 리셋되고, 전자 스위치는 스위치 오프되고 오프 타이머는 시작되는 단계

- 만약 오프 타이머가 최대 오프 타임에 도달하면, 오프 타이머는 리셋되고, 전자 스위치는 스위치 온되고 온 타이머는 시작되는 단계.

이 방법은 펄스 전원이 인덕터(L1)를 포함하고, 인덕터(L1)를 통한 전류가 미리 결정된 제한값, 예를 들어 영 아래로 떨어질때, 오프 타이머가 리셋되고, 전자 스위치(S1)가 스위치 온되고 온 타이머가 시작되는 사실을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 도면들을 참조하여 예시적인 실시예를 사용하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.

하기 설명에서, 저항기들은 문자(R)로 표현되고, 스위치들은 문자(S)로 표현되고, 다이오드들은 문자(D)로 표현되고, 캐패시터는 문자(C)로 표현되고, 노드들은 문자(N)으로 표현되고, 접속부들은 문자(J)로 표현되고 인덕터들은 문자(L)로 표현되고, 각각의 경우에 숫자가 기재된다.

도 1은 벅 컨버터를 가진 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 예시적인 실시예를 도시한다. 에너지 공급원은 접속 단자들(J1 및 J2)에 접속될 수 있다. 이것은 예를 들어 소위 "역률 제어" 스테이지일 수 있다.

벅 컨버터는 마이크로제어기(μC)의 프로그래밍에 따라, 로드를 위하여 접속부들(J3 및 J4)에서 제어된 전압, 제어된 전류 또는 제어된 전력을 이용할 수 있다. 예를 들어, 로드는 방전 램프일 수 있다.

공지된 방식의 벅 컨버터는 전자 스위치(S1), 다이오드(D1), 벅 인덕터(L1) 및 저장 캐패시터(C1)를 포함한다.

S1 및 L1은 노드(N1)를 통하여 J1 및 J3 사이에서 직렬 회로로서 접속된다. S1은 도 1에서 MOSFET 형태이다. IGBT들 또는 바이폴라 트랜지스터들 같은 다른 전자 스위치들은 또한 사용될 수 있다. J2는 접지 전위(M)에 접속된다. 다이오드(D1)는 N1 및 접지 전위(M) 사이에 접속된다. 저장 캐패시터(C1)는 J3 및 J4 사이에 접속된다. 측정 저항기(R1)는 접지 전위(M) 및 J4 사이에 접속된다. 따라서 접지 관련 신호는 J4에서 분기될 수 있고, L1을 통과하는 인덕터 전류에 비례한다.

이 신호는 제어 증폭기(CCL)의 인버팅 입력과 연관된다. 상기 제어 증폭기(CCL)는 차동 증폭기(Amp)를 포함하고, 상기 차동 증폭기의 출력은 캐패시터(C4) 및 저항기(R5)를 포함하는 직렬 회로를 통하여 차동 증폭기(Amp)의 인버팅 입력에 접속된다. 차동 증폭기(Amp)의 인버팅 입력은 저항기(R6)를 통하여 제어 증폭기(CCL)의 인버팅 입력에 접속된다. 차동 증폭기(Amp)의 비인버팅 입력은 제어 증폭기(CCL)의 비인버팅 입력을 형성하고 제어 유니트(SE)에서의 마이크로제어기(μC)의 출력(SG)에 접속된다. C4, R5를 통한 네가티브 피드백으로 인해, 제어 증폭기(CCL)는 측정 저항기(R1)에 의해 형성되는 측정된 전류 신호에 대한 적분 증폭기로서 작동한다. 동시에, 마이크로제어기(μC)는 출력(SG)을 통해 목표된 변수를 미리 결정하고, 상기 목표된 변수는 부가적으로 제어 증폭기(CCL)의 출력상에 중첩된다. 제어 증폭기(CCL)의 출력은 비교기(Comp)의 비인버팅 입력에 접속된다.

마이크로제어기(μC)는 그 출력(GATE)에서 전자 스위치(S1)를 제어하기 위하여 제어 신호를 형성한다. 제어 신호는 구동 증폭기(GD)를 통하여 S1의 게이트 접속부에 공급된다. 제어 신호는 저항기(R3)를 통하여 비교기(Comp)의 인버팅 입력에 접속된다. 상기 비교기(Comp)는 저항기(R4) 및 캐패시터(C3)를 포함하는 병렬 회로를 통하여 접지 전위(M)에 접속된다. 비교기(Comp)의 출력은 마이크로제어기(μC)의 입력(ST ON)에 접속된다. 비교기(Comp), R3, R4 및 C3는 듀티 사이클 제어기(DCL)를 형성한다.

마이크로제어기(μC)는 검출기(Det)를 통하여 노드(N1)에 접속되는 추가 입력(ST OFF)을 가진다. 검출기(Det)는 캐패시터(C2) 및 저항기(R2)를 포함하는 직렬 회로를 포함한다.

마이크로제어기(μC)는 출력 단자(J3)에 결합된 추가 입력(VS)을 가진다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예가 기능하는 방식은 하기에 설명될 것이다.

마이크로제어기(μC)는 출력(GATE)을 통하여 온 타임 시작시 전자 스위치(S1)를 스위치 온한다. 동시에, 내부 온 타이머를 시작하고, 여기서 최대 온 타임이 저장된다. 만약 입력(ST ON)이 활성화되지 않고 유지되면, 최대 온 타임은 도달된다. 그 다음 마이크로제어기(μC)는 스위치들(S1)을 오프하고 내부 오프 타이머를 시작하고, 여기서 최대 오프 타임은 저장된다. 만약 입력(ST OFF)이 활성화되지 않고 유지되면, 최대 오프 시간은 도달된다. 그 다음 마이크로제어기(μC)는 다시 스위치들(S1)을 온하고, 기술된 사이클을 다시 시작한다. 최대 온 타임 및 최대 오프 타임은 마이크로제어기의 소프트웨어에 의해 설정되고 입력(VS)에서 측정될 수 있는 펄스 전원의 출력 전압에 따라 선택될 수 있다. 따라서 제어된 전압원은 구현되고, 상기 경우 펄스 전원은 소위 "전류 모드"에서 기능하지 않는다.

상기된 사이클은 듀티 사이클 제어기(DCL) 또는 검출기(Det)가 활성화되기 전에, 만료하기에 너무 짧은 최대 온 및 오프 타임들을 마이크로제어기가 설정할때 이런 방식으로만 운행한다.

보다 긴 최대 온 타임의 경우, 다음이 발생한다: 제어 신호는 캐패시터(C3)에서 시간에 따라 적분된다. 따라서 C3 양단 전압은 선형적으로 증가한다. 이 전압이 제어 증폭기(CCL)에 의해 형성된 전압보다 크게 되자마자, 듀티 사이클 제어기(DCL)는 마이크로제어기의 입력(ST ON)에 신호를 제공한다. 그후 즉시, 마이크로제어기는 온 타임을 중단하고, 스위치들(S1)은 오프하고 오프 타이머를 시작한다. 제어 증폭기의 출력이 인덕터 전류에 따르기 때문에, 인덕터 전류는 S1이 스위치 오프되는 순간을 결정하고, 그 결과 "전류 모드"가 구현된다.

현재 예시적인 실시예에서, C3 양단 전압은 온 타임 동안 증가되고, 제어 증폭기(CCL)의 출력 양단 전압은 감소된다. 이 전압은 인덕터 전류가 증가하고 제어 증폭기(CCL)가 인덕터 전류에 대해 인버팅 방식으로 기능하기 때문에 감소된다. 유사한 방식으로, 제어 증폭기(CCL)는 인덕터 전류에 대해 비인버팅 방식으로 기능할 수 있다. 그러나, 이 경우 인버트된 제어 신호는 적분될 필요가 있고 제어 증폭기(CCL)의 출력과 비교기에서 비교된다. 비교될 신호들이 반대 수학 부호를 가진 기울기들을 가지는 것은 약간 중요하다.

본 발명의 예시적인 실시예에서, 제어 증폭기(CCL)의 출력은 비교기(Comp)의 비인버팅 입력에 접속되고, 적분 캐패시터(C3)는 인버팅 입력에 그 전압을 공급한다. C3 양단 전압이 제어 증폭기(CCL)의 출력 전압을 초과하자 마자, 네가티브 에지는 비교기(Comp) 출력에서 형성된다. 마이크로제어기는 듀티 사이클 제어기(DCL)의 액티브 신호로서 네가티브 에지를 인식하도록 설계된다. 유사한 방식으로, 비교기(Comp)의 입력들은 상호교환될 수 있다. 이 경우, 마이크로제어기는 포지티브 에지에 응답하여야 한다.

예시적인 실시예에서, 마이크로제어기는 제어 증폭기의 비인버팅 입력에 목표된 신호를 공급한다. 만약 목표된 신호가 커지면, 제어 증폭기(CCL)의 출력 신호는 상승된다. 그래서 적분 캐패시터(C3) 양단 전압이 제어 증폭기(CCL) 출력 레벨에 도달할때까지 보다 오랜 시간이 걸린다. 그래서 온 타임은 확장되고, 전자 스위치(S1)는 보다 오랬동안 스위칭 온을 유지하고, 결과적으로 인덕터(L1)를 통한 최대 전류는 증가한다. 따라서 출력 전류는 설정될 수 있거나 출력 전류의 목표된 시간적 프로파일은 얻을 수 있다.

만약 인덕터(L1)의 전류가 영이 되면, 기생 발진들은 짧은 시간기간 동안 노드(N1)에서 발생한다. 이들 기생 발진들은 검출기(Det)에 의해 필터링되어 마이크로제어기(μC)의 입력(ST OFF)으로 전달된다. 마이크로제어기(μC)는 이 입력을 극성 반전에 대해 검사하고 따라서 인덕터 전류가 영이되는 시점을 인식한다. 이런 기능은 또한 인덕터 전류를 상시적으로 측정함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이것은 동일한 속도에서 다소 복잡하다. 마이크로제어기가 입력(ST OFF)에서 전류 제로 크로싱을 검출하자 마자, 오프 타임은 종료하고, 스위치들(S1)은 온하고 온 타이머를 시작한다. 인덕터 전류가 영으로 감소되기 때문에, 이 경우 펄스 전원은 "불연속 모드"에서 기능한다.

인덕터 전류가 영으로 감소되기전 만약 최대 오프 타임이 만료되면, 이 경우 펄스 전원은 "연속 모드"에서 기능한다.

마이크로제어기들의 경우, 아날로그 회로들은 통합될 수 있다. 제어 증폭기(CCL) 또는 듀티 사이클 제어기(DCL) 또는 상기 증폭기 또는 제어기의 각각의 부품들은 마이크로제어기에 통합될 수 있다.

다른 한편, 마이크로제어기에 의해 수행된 기능들은 독립된 회로 엘리먼트들에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 입력(VS)에서의 실제 값 및 출력(SG)에서 목표된 값의 출력의 평가는 하나의 회로 엘리먼트에 의해 실행될 수 있지만, 접속부들(ST ON, ST OFF 및 GATE)에 의한 PWM 신호의 형성은 추가 회로 엘리먼트에 의해 실행된다.

게다가, 하나의 마이크로제어기에 의해 다수의 컨버터 회로들이 제어될 수 있다. 예를 들어, 다른 색깔의 발광 다이오드들에 에너지를 공급하기 위한 3개의 벅 컨버터들은 만약 상기 마이크로제어기가 이런 목적을 위하여 요구된 다수의 입력들 및 출력들을 가지면 공통 마이크로제어기에 의해 제어될 수 있다.

도 2는 "불연속 모드"에서 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 전류들 및 전압들의 통상적인 시간 프로파일들을 도시한다. 도면에서, 곡선(1)은 제어 증폭기(CCL)의 출력 양단 전압을 나타내고; 곡선(2)은 전자 스위치(S1)에 대한 제어 신호를 나타내고; 곡선(3)은 적분 캐패시터(C3) 양단 전압을 나타내고; 곡선(4)은 L1을 통과하는 인덕터 전류를 나타낸다.

시점(t1)에서, S1은 제어 신호에 응답하여 스위치 온된다. 그후, 인덕터 전류 및 C3 양단 전압은 증가된다. 곡선 1, 즉 제어 증폭기(CCL)의 출력 양단 전압은 차동 증폭기(Amp)의 인버팅 기능으로 인해 떨어진다. 시점(t2)에서, 곡선 3은 곡선 1보다 크고, 그 결과 마이크로제어기(μC)의 입력(ST ON)은 네가티브 에지를 수신한다. 온 타임은 종료된다. 마이크로제어기(μC)에 의한 짧은 지연후, 전자 스위치(S1)는 곡선 2에 대응하여 스위치 오프된다. 인덕터 전류 및 C3 양단 전압은 다시 떨어지고, 반면 제어 증폭기(CCL)의 출력 양단 전압은 다시 증가한다. 시점(t3)에서, 인덕터 전류는 영이되고 기술된 과정은 반복된다.

도 3은 "연속 모드"에서 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 전류들 및 전압들의 통상적인 시간 프로파일들을 도시한다. 도시된 곡선들은 도 2와 동일한 신호들을 나타낸다. 도 2와의 차이점은 인덕터 전류가 영으로 감소되지 않고 그럼에도 불구하고 최대 오프 타임이 만료되기 때문에 전자 스위치(S1)가 시점(t1 또는 t3)에서 다시 스위치 온된다는 사실에 있다. 곡선 1은 시점(t2)후, 회로 어레인지먼트의 동작에 대해 중요하지 않은 효과들을 제한하는 것을 나타낸다.

본 발명은 제어 발진의 임의의 증폭없이 제어 속도 증가를 제공하는 효과를 가진다.

Claims (15)

1. 펄스 전원(pulsed power supply)을 제어하기 위한 회로 어레인지먼트(arrangement)로서,

   제어 신호에 의해 온 타임 지속기간 동안 스위치 온되고 오프 타임 지속기간 동안 스위치 오프되도록 구성된 전자 스위치;

   스톱-온(STOP-ON) 신호가 수신되면, 상기 제어 신호를 생성하고 온 타임을 종료하도록 구성된 제어 유니트;

   상기 펄스 전원의 신호의 크기에 관련된 피제어 변수를 수신하고, 그리고

   가중된 피제어 변수를 생성하도록 구성된 제어 증폭기;

   상기 제어 신호의 시간 적분 값과 가중된 피제어 변수 값을 비교하고, 그리고

   상기 제어 신호의 시간 적분 값이 상기 가중된 피제어 변수 값보다 크면 상기 스톱-온(STOP-ON) 신호를 생성하도록 구성된 비교기

   를 포함하는,

   회로 어레인지먼트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가중된 피제어 변수는 상기 온 타임 동안 값이 더 낮은,

   회로 어레인지먼트.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 증폭기는 상기 피제어 변수와 목표 변수 사이의 차를 형성하는 적분 차동 증폭기(Amp)를 포함하는,

   회로 어레인지먼트.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제어 유니트는 상기 목표 변수를 제공하는 마이크로제어기(μC)를 포함하는,

   회로 어레인지먼트.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어 유니트는 상기 펄스 전원의 출력 변수를 검출하고 목표 변수를 설정하기 위하여 상기 출력 변수를 평가하는,

   회로 어레인지먼트.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 유니트는 상기 온 타임의 종료시 오프 타이머를 시작하고, 상기 오프 타이머는 상기 전자 스위치가 스위치 오프되는 최대 오프 타임을 미리 결정하고, 상기 제어 유니트는 상기 오프 타임의 종료시 상기 전자 스위치를 스위칭 온하는,

   회로 어레인지먼트.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 유니트는 최대 온 타임을 미리 결정하는 온 타이머를 포함하고, 상기 제어 유니트는 상기 최대 온 타임에 도달될 때 상기 전자 스위치를 스위치 오프하는,

   회로 어레인지먼트.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 온 타이머 및 상기 오프 타이머는 마이크로제어기(μC)에 의해 구현되는,

   회로 어레인지먼트.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 펄스 전원은 인덕터(L1) 및 상기 인덕터(L1)에서 전류 제로 크로싱(zero crossing)의 경우 상기 제어 유니트의 스톱-오프 입력부(ST OFF)에 신호를 전송하는 검출기(Det)를 포함하고, 상기 제어 유니트는 신호가 상기 스톱-오프 입력부(ST OFF)에 수신될 때 오프 타임을 종료하고 상기 전자 스위치를 스위칭 온하는,

    회로 어레인지먼트.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 펄스 전원은 벅(buck) 컨버터인,

    회로 어레인지먼트.
12. 고압 방전 램프들을 동작시키기 위한 동작 장치로서,

    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 회로 어레인지먼트를 특징으로 하는,

    동작 장치.
13. 펄스 전원으로서,

    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 회로 어레인지먼트를 특징으로 하는,

    펄스 전원.
14. 전자 스위치(S1)를 가진 펄스 전원을 제어하기 위한 방법으로서,

    온 타이머에서 최대 온 타임을 고정하는 단계;

    오프 타이머에서 최대 오프 타임을 고정하는 단계;

    제어 신호로 상기 전자 스위치(S1)를 스위칭 온하고 상기 온 타이머를 시작하는 단계;

    상기 제어 신호의 시간 적분값을 제공하는 단계;

    가중된 피제어 변수를 제공하는 단계;

    상기 제어 신호의 상기 시간 적분값과 상기 가중된 피제어 변수 사이의 차로부터 형성된 차동 변수를 제공하는 단계;

    상기 차동 변수가 임계값에 도달하면, 상기 온 타이머는 리셋되고, 상기 전자 스위치는 스위치 오프되고 상기 오프 타이머는 시작되는 단계;

    상기 온 타이머가 상기 최대 온 타임에 도달하면, 상기 온 타이머는 리셋되고, 상기 전자 스위치는 스위치 오프되고 상기 오프 타이머는 시작되는 단계; 및

    상기 오프 타이머가 상기 최대 오프 타임에 도달하면, 상기 오프 타이머는 리셋되고, 상기 전자 스위치는 스위칭 온되고 상기 온 타이머는 시작되는 단계

    를 포함하는,

    펄스 전원을 제어하기 위한 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 펄스 전원은 인덕터(L1)를 포함하고, 상기 인덕터(L1)를 통과한 전류가 미리 결정된 제한 값 아래로 떨어질 때, 상기 오프 타이머는 리셋되고, 상기 전자 스위치(S1)는 스위치 온되고 상기 온 타이머는 시작되는,

    펄스 전원을 제어하기 위한 방법.

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