KR101301220B1 - 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로 - Google Patents

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Abstract

기존의 사용 방식은 커패시터의 크기를 키우거나 바이어스 되는 전류량을 낮춰줌으로써 소프트하게 증가되는 전압에 따라 스타트 스위치를 제어하였다. 그러나 면적이 커지거나 안정성과 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생하였다. 작은 면적을 차지하면서도 안정성과 신뢰도가 떨어지지 않도록 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로를 발명하였다.

Description

펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로 {Soft Start Circuit using pulse charging method}
본 발명은 전류 보호와 몰입 전류를 최소화하고 출력 전압의 출력 전류 오버슈트가 없도록 하기 위해 완전하게 통합된 소프트 스타트 회로에 관한 것으로서, 특히 지연부에서 캐패시터에 충전하는 시간을 제어함으로서 작은 면적을 차지하고 안정성과 신뢰도가 뛰어난 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로에 관한 것이다.
본 발명은 전류 보호와 몰입 전류를 최소화하고 출력 전압의 출력 전류 오버슈트가 없도록 하기 위해서 전압이 증가하는 속도를 낮추는 소프트 스타트 회로에 대한 발명이며, 소프트 스타트 회로의 종래의 사용 방식은 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 일정하게 공급되는 바이어스 전류(IB)에 의한 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 1은 제1 단자가 전원(VCC)에 연결되고 인에이블 신호를 받아 인버터를 통과한 신호로 제어되는 제1 모스트랜지스터(MP1), 제1 단자는 제1 모스트랜지스터(MP1)의 제2 단자와 연결되고 충전완료신호로 제어되는 제2 모스트랜지스터(MP2), 제1 단자는 제2 모스트랜지스터(MP2)의 제2 단자와 연결되고 제2 단자는 접지로 연결되어 인에이블 신호를 받아 인버터를 통과한 신호로 제어되는 제3 모스트랜지스터(MN1), 제2 모스트랜지스터(MP2)의 제2 단자와 공통으로 연결되는 커패시터(C) 및 제2 모스트랜지스터(MP2)의 제2 단자와 공통으로 연결되고 커패시터(C)에 충전된 커패시터전압(Vc)와 기준전압을 비교하여 충전완료신호를 출력하는 커패시터 충전전압 비교기를 포함한 것을 특징으로 구성되어 있다.
도 1을 참조하면 기본적인 동작은 인에이블(Enable) 신호에 의해서 시작된다. 인에이블(Enable) 신호가 ‘로우(Low)’일 때, 커패시터전압(Vc)은 접지전압(Ground)으로 방전된다. 인에이블(Enable) 신호가 ‘하이(High)’가 되면, 바이어스 전류(IB)가 커패시터에 충전되면서 커패시터전압(Vc)이 상승한다.
충전되는 전압은 커패시터 충전전압 비교기에서 기준전압(Vref)과 비교하고, 커패시터전압이 기준전압(Vref) 보다 높아지는 순간 충전완료신호가 ‘하이(High)’가 되어 바이어스 전류에 의한 커패시터(C) 충전은 멈추게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른일정시간 동안 공급되는 바이어스 전류(IB)에 의한 파형변화를 도시한 그래프이다.
인에이블(Enable) 신호가 ‘하이(High)’일 때 일정한 바이어스 전류가 커패시터(C)에 충전되고, 커패시터전압(Vc)은 점점 증가하기 시작한다. 증가하는 커패시터전압(Vc)은 기준전압(Vref)과 비교하게 되고, 기준전압(Vref)을 넘어가는 순간 충전완료신호가 ‘하이(High)’가 된다.
상기한 종래의 소프트 스타트 회로에서는 커패시터에 충전되는 전압이 증가하는 속도를 낮추기 위해 커패시터의 크기를 키우거나 바이어스 되는 전류량을 낮춰주는 방법을 사용하였다.
그러나 이러한 경우에는 다음과 같은 문제점을 가지게 된다.
먼저, 커패시터의 크기를 크게 하는 경우에는 커패시터에 전류가 충전되는 시간이 길어지는 효과를 얻을 수 있으나 커패시터의 크기가 커짐에 따라 전체 회로의 면적이 커지는 문제가 있다.
한편, 바이어스되는 전류량을 낮춰주는 경우에는 그만큼 커패시터에 충전되는 시간이 오래 걸리게 하여 소프트 스타트 스위치 동작을 가능하게 한다. 그러나 전류량을 감소시키다보면 소프트 스타트 스위치의 안정성에 영향을 끼치기 때문에, 바이어스되는 전류량을 낮추는 데에도 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 커패시터 크기를 키우거나 바이어스 시키는 전류량을 낮추지 않는 상태에서도 충분히 안정적으로 동작할 수 있는 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로는 제1 CLK 신호를 입력 받아 인에이블 신호에 응답하여 펄스 신호를 발생시키는 펄스발생부, 상기 펄스 신호를 입력 받아 상기 인에이블 신호에 응답하여 비교전압을 충전하는 지연부, 상기 지연부에 충전된 비교전압을 검출하여 충전완료신호를 출력하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로를 포함 하는것을 특징으로 한다.
본 발명 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로는 작은 커패시터로 큰 커패시터의 효과를 볼 수 있기 때문에 전체적인 칩의 면적을 줄일 수 있으며, 펄스형 전류 공급방식을 이용하여 소프트 스타트 스위치 시간을 늘림으로써 안정성과 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일정하게 공급되는 바이어스 전류(IB)에 의한 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 일정시간 동안 공급되는 바이어스 전류(IB)에 의한 파형변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 지연부에서 검출되는 비교전압의 파형변화를 도시한 파형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 펄스 발생부를 도시한 세부구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 지연부를 도시한 세부구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 비교부를 도시한 세부구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 카운터에 따른 파형변화를 도시한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 3을 참고하면 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로는 펄스발생부(310),지연부(320) 및 비교부(330)를 포함하여 구성되어 있다.
펄스발생부(310)는 제1 CLK 신호를 입력 받아 인에이블 신호에 응답하여 펄스 신호를 발생시킨다.
지연부(320)는 상기 펄스 신호를 입력 받아 상기 인에이블 신호에 응답하여 비교전압을 충전한다.
비교부(330)는 상기 지연부에 충전된 비교전압을 검출하여 충전완료신호를 출력한다.
펄스 발생부(310)의 기본적인 동작은 인에이블(Enable) 신호에 의해서 시작된다. 인에이블(Enable) 신호가 ‘하이(High)’가 되면, 펄스 발생부(310)는 펄스 신호를 출력하며 동작한다.
펄스 신호가 '로우(Low)' 일 때만 지연부(320)의 비교전압을 증가시킨다. 지연부(320)에서 비교부(330)로 입력되는 신호를 비교전압이라고 하고, 비교부(330)는 비교전압이 기준전압(Vref) 보다 높아지게 되는 순간 충전완료신호가 ‘하이(High)’가 된다. 펄스 발생부(310)는 충전완료신호가 ‘하이(High)’가 되면, 펄스 신호를 발생하지 않게 되고 지연부(320)는 충전되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 지연부에서 검출되는 비교전압의 파형변화를 도시한 파형도이다.
도 4를 참고하면 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로에서 비교전압의 파형변화는 다음과 같은 특징이 있다. 인에이블(Enable) 신호가 ‘하이(High)’ 인 경우, 펄스 신호가 ‘로우(Low)’일 때마다 비교전압이 중첩하여 충전되어 비교전압이 조금씩 증가하게 된다. 또한, 비교전압은 펄스신호가 ‘로우(Low)’일 때만 비교전압이 충전되고 ‘하이(High)’ 의 경우는 더 이상 비교전압이 충전되지 않고 이전 값을 보전하고 있다.
비교전압이 기준전압(Vref) 보다 높아지는 순간 충전완료신호가 ‘하이(High)’가 된다.
도 5는 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 펄스 발생부(310)를 도시한 세부구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 펄스 발생부는 제2 CLK 발생기(311), 카운터(312) 및 카운터 비교기(313)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
제2 CLK 발생기(311)는 인에이블 신호, 상기 충전완료신호 및 상기 제1 CLK 신호를 받아 제2 CLK 신호를 출력한다.
카운터(312)는 상기 제2 CLK 신호와 상기 펄스 신호를 받아 상기 제2 CLK 신호의 클럭수를 출력한다.
카운터 비교기(313)는 상기 카운터에서 출력된 클럭수와 카운터 상수를 비교하여 일치하는 순간 상기 펄스 신호를 출력한다.
제1 CLK 신호가 ‘하이(High)’, 인에이블(Enable) 신호가‘하이(High)’, 충전완료신호가 ‘로우(Low)’ 일 때 제2 CLK 발생기(311)를 통해 카운터(312) 입력이 들어간다. 카운터 비교기(313)를 통해 카운터(312)에서 출력되는 클럭수와 카운터 상수(n)가 일치하는 순간 펄스 신호가 발생하고, 펄스 신호를 받은 카운터(312)는 다시 리셋 된다.
도 6은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 지연부를 도시한 세부구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 지연부(320)는 펄스 스위치(321), 인버터(323), 인에이블 스위치(322) 및 충전부(324)를 포함한 것을 특징으로 구성되어 있다.
펄스 스위치(321)는 제1 단자가 전원(VCC)에 연결되고, 상기 펄스 신호로 제어된다.
인버터(323)는 상기 인에이블 신호를 받아 역인에이블 신호를 출력한다.
인에이블 스위치(322)는 제1 단자는 상기 펄스스위치의 제2 단자와 연결되며, 제2 단자는 접지전압에 연결되어 상기 역인에이블 신호로 제어된다.
충전부(324)는 상기 펄스 스위치(321)의 제2 단자 및 상기 인에이블 스위치(322)의 제1 단자와 공통으로 연결된다.
펄스 신호가 '로우(Low)'일 경우에만 펄스 스위치(321)는 전원(VCC)과 연결되어 비교전압이 충전부(324)에 충전되고, '하이(High)'일 때 펄스 스위치(321)가 전원(VCC)과 차단되어 비교전압이 충전부(324)에 충전되지 않는다.
펄스 신호가 짧은 주기를 가지고 '하이(High)'와 '로우(Low)'를 반복하여 펄스 스위치(321)가 전원과 충전부(324)의 연결과 차단을 반복한다. 그 과정에서 펄스 신호의 주기와 동일한 주기를 가지고 충전부(324)에 비교전압이 충전된다.
지연부는 다음과 같은 순서로 동작된다.
우선, 펄스 신호가 처음으로 '로우(Low)' 신호가 입력될때, 펄스 스위치(321)는 전원(VCC)과 연결되어 비교전압이 충전부(324)에 충전되고, 충전부(324)에는 펄스 신호가 '로우(Low)'인 시간동안만 비교전압을 충전부에 충전한다. 펄스 신호가 '하이(High)'일때, 펄스 스위치(321)는 전원(VCC)과 충전부(324)를 차단하여 더이상 충전부에 비교전압이 충전되지 않게 된다. 펄스 신호는 짧은 주기를 가지고 '로우(Low)'와 '하이(High)'를 반복하므로, 다시 펄스 신호가 '로우(Low)'가 되고, 충전부(324)에 비교전압이 충전된다.
펄스 신호가 첫번째 '로우(Low)'였을때 충전부에 충전되었던 비교전압은 펄스 신호가 '하이(High)'가 되어도 충전부에서 사라지지 않고 비교전압을 유지하고 있게 된다. 다시 펄스 신호가 '로우(Low)'가 되면 '로우(Low)'가 되는 시간만큼 이전 비교전압에 추가하여 비교전압이 중첩되어 충전된다.
또한, 인에이블(Enable)신호가 '하이(High)'일 때는 인버터(323)를 통과한 역인에이블 신호가 '로우(Low)'로 출력되며 인에이블 스위치(322)가 충전부(324)와 접지전압의 연결을 차단한다.
인에이블(Enable)신호가 '로우(Low)'일 때는 역인에이블 신호가 '하이(High)'로 출력되어 인에이블 스위치(322)가 충전부(324)에 충전되어 있는 비교전압이 접지로 방전된다.
그러므로, 인에이블(Enable)신호가 '로우(Low)'로 될때까지 충전부에는 비교전압이 계속 중첩되어 충전되며, 인에이블(Enable)신호가 '로우(Low)'일 경우 충전부에 충전되었던 모든 비교전압은 접지를 통하여 방전된다.
도 7은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 비교부를 도시한 세부구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 비교부는 비교전압과 기준전압을 비교한 후 검출된 비교전압이 상기 기준전압 이상일 경우 상기 충전완료신호를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 구성되어있다.
즉, 지연부(320)의 충전부(324)에 충전된 전압은 비교부(330)로 입력된다. 비교부(330)는 비교전압과 기준전압을 비교하여 비교전압이 기준전압(Vref) 보다 높아지면 충전완료신호를 발생시킨다.
도 8은 본 발명에 따른 펄스 충전 기법을 이용한 소프트 스타트 회로의 카운터에 따른 파형변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 도 5에 대한 파형도이다. 인에이블(Enable) 신호가 ‘하이(High)’ 가 되면 제2 CLK 신호가 카운터(312) 에 입력된다. 카운터 비교기(313)를 통해 카운터(312)에서 출력된 클럭수와 카운터 상수(n)가 일치하는 순간 펄스 신호가 발생한다. 이때 카운터 비교기(313)에서 출력되는 펄스 신호는 다시 카운터(312)를 리셋 시킴으로써 펄스를 주기적으로 발생시킨다.
이하에서는 본 발명에 대한 해결방안을 (1)식과 (2)식을 이용하여 설명을 하고자 한다. (1)식과 (2)식을 이용하면 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 기술한 문제점들을 모두 해결 가능하다.
(1)식과 같이 전하(Q)는 커패시터용량(C)과 전압(Vc)의 곱으로 표현되며, 또한 일정시간 동안 공급되어지는 전체 전류의 양으로 표현이 가능하다.
Figure 112011079494885-pat00001
여기서 (1)식을 (2)식 과 같이 변형하면
Figure 112011079494885-pat00002
즉, 커패시터의 크기를 키우거나 전류를 낮추는 대신 충전되는 시간(t)을 늘림으로써 똑같은 효과를 볼 수 있음을 식으로 입증 할 수 있다. 본 발명에서는 이를 만족시키기 위해 펄스형 전류 공급방식을 사용하였다. 펄스 스위치(321)에서 전류는 펄스 신호가 발생 할 때만 충전부(324)로 공급되어 충전이 가능하게 된다. 펄스 신호의 주기를 길게 할수록 충전부(324)로 충전되는 시간이 길어지게 된다. 본 발명은 앞에 제시되었던 두 가지 문제점(커패시터의 크기를 키움으로써 생기는 면적증가와 바이어스 전류를 낮춤으로써 생기는 소프트 스타트 스위치 안정성 문제)들을 모두 해결할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
310: 펄스 발생부(310) 311: 제2 CLK 발생기(311)
312: 카운터 313: 카운터 상수
320: 지연부(320) 321: 펄스 스위치(321)
322: 인에이블 스위치(322) 323: 인버터(323)
324: 충전부(324) 330: 비교부(330)
331: 비교기

Claims (9)

  1. 충전완료신호 및 제1 CLK 신호를 입력 받아 인에이블 신호에 응답하여 펄스 신호를 발생시키는 펄스발생부;
    상기 펄스 신호를 입력 받아 상기 인에이블 신호에 응답하여 비교전압을 충전하는 지연부; 및
    상기 지연부에 충전된 상기 비교전압을 검출하여 상기 충전완료신호를 출력하는 비교부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지연부는,
    1단자가 전원(VCC)에 연결되고, 상기 펄스 신호로 제어되는 펄스 스위치;
    상기 인에이블 신호를 받아 역인에이블 신호를 출력하는 인버터;
    제1 단자는 상기 펄스 스위치의 제2 단자와 연결되고, 제2 단자는 접지에 연결되며, 상기 역인에이블 신호로 제어되는 인에이블 스위치; 및
    상기 펄스 스위치와 상기 인에이블 스위치의 연결라인에 연결되는 충전부;를 포함한 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 충전부는,
    상기 펄스 신호에 의해 연속하여 들어오는 상기 비교전압을 중첩하여 충전하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 충전부는,
    상기 전원에 연결된 경우에만 상기 비교전압을 충전하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 펄스 스위치는,
    상기 펄스 신호가 ‘로우(Low)'인 경우 상기 충전부를 상기 전원에 연결하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 인에이블 스위치는,
    상기 역인에이블 신호가 ‘하이(High)'인 경우 상기 충전부를 접지로 방전시키는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 펄스발생부는,
    상기 인에이블 신호, 상기 충전완료신호 및 상기 제1 CLK 신호를 받아 제2 CLK 신호를 출력하는 제2 CLK 발생기;
    상기 제2 CLK 신호와 상기 펄스 신호를 받아 상기 제2 CLK 신호의 클럭수를 출력하는 카운터; 및
    상기 카운터에서 출력된 클럭수와 카운터 상수를 비교하여 일치하는 순간 상기 펄스 신호를 출력하는 카운터 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 카운터는,
    상기 카운터 비교기에서 출력되는 상기 펄스 신호를 리셋 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 비교부는,
    상기 비교전압을 검출하여 기준전압과 비교한 후 상기 비교전압이 상기 기준전압 이상일 경우 상기 충전완료신호를 출력하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전기법을 이용한 소프트 스타트 회로.
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KR19990085825A (ko) * 1998-05-22 1999-12-15 김덕중 스위칭 모드 전원 장치
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