KR101357758B1 - 피크 전류 모드 제어를 위한 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치 - Google Patents

피크 전류 모드 제어를 위한 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 피크 전류 모드 제어시 필요한 기준전류를 발생함에 있어서, 입력전압의 크기가 변화하더라도 파형의 형태는 유지하고 크기가 일정한 기준전류를 출력할 수 있는 피크 전류 모드 제어를 위한 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 관한 것이다.

Description

피크 전류 모드 제어를 위한 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치{Reference current generating circuit for peak current mode control and converter having the circuit}
본 발명은 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 피크 전류 모드 제어시 필요한 기준전류를 발생함에 있어서, 입력전압의 크기가 변화하더라도 파형의 형태는 유지하고 크기가 일정한 기준전류를 출력할 수 있는 피크 전류 모드 제어를 위한 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 관한 것이다.
전자 통신기기에 있어서, 안정된 전력을 공급해 주는 전원공급장치는 시스템의 가장 기본이 되는 부분이라고 할 수 있으며, 이러한 전원공급장치로써 DC-DC컨버터의 연구가 활발하다.
컨버터는 스위치의 반복적인 도통 및 차단 동작과 필터를 이용하여 직류전력을 얻기 위한 것으로, 소형화, 경량화 및 생산단가 절약을 위한 다양한 제어방법들의 연구가 있다.
컨버터의 제어방식으로 는 크게 전압 모드 제어(Voltage mode control)와 전류 모드 제어(Current mode control)가 있는데, 전류 모드 제어는 PWM을 이용하여 시비율을 제어하는 전압 모드 제어와는 다르게 일정 주파수의 클럭으로 스위치를 도통시키고 스위칭 전류 또는 인덕터 전류가 설정 값에 도달한 순간에 스위치를 차단하는 제어방식이다.
또한, 전류 모드 제어 방식들 중, 피크 전류 모드 제어는 제어 전원의 최댓값을 제한함으로써 스위칭 소자의 최대 전류를 직접 제어할 수 있어 컨버터의 과전류 보호가 용이하고 병렬 운전시에 각 컨버터의 전류 분배가 쉬운 장점이 있다.
또한, 피크 전류 모드 제어를 위해서는 스위칭 전류 또는 인덕터 전류의 최대 전류를 제한하기 위한 기준전류 발생회로가 필수적이며, 컨버터의 입력 전원 크기가 변화할 경우에도 파형의 형태는 유지하고 크기는 일정한 기준전류를 생성하여야하는 기준전류 발생회로의 설계에 어려움이 있다.
본 발명자들은 입력전압의 크기가 변화하더라도 파형의 형태는 상기 입력전압의 파형과 동일한 형태로 유지하고, 크기는 변함없는 기준전류를 생성하기 위해 연구 노력한 결과, 입력전압의 크기가 기준전압보다 커질 경우, 소스 전류를 제공하고 입력전압의 크기가 기준전압보다 작아질 경우 싱크 전류를 제공하여 상기 기준전류의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 기준전류 발생회로의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 최소한의 비용으로 입력전압의 크기가 변화하더라도 일정한 크기의 기준전류를 발생하여 피크 전류 모드 제어를 수행할 수 있게 하는 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교류인 입력전압을 직류 입력전압으로 변환하여 출력하는 입력전압 검출부; 상기 직류 입력전압과 기준전압을 입력받고, 상기 직류 입력전압과 상기 기준전압의 차이에 따라 소스 전류(source current) 또는 싱크 전류(sink current)를 제공하는 소스 및 싱크 전류 제공부; 및 상기 입력전압 검출부와 병렬로 연결되고, 출력전압의 형성을 위한 직결된 두 개의 출력용 저항을 포함하며, 상기 출력용 저항들의 사이 단은 상기 소스 및 싱크 전류 제공부의 출력단과 연결되어 피크 전류 모드 제어(peak current mode control)를 위한 기준전류를 출력하는 기준전류 출력부;를 포함하고, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부는 상기 직류 입력전압이 상기 기준전압보다 클 경우, 상기 기준전류 출력부에서 상기 소스 및 싱크 전류 제공부로 싱크 전류가 발생하게 하고, 상기 직류 입력전압이 상기 기준전압보다 작을 경우, 상기 기준전류 출력부로 소스 전류를 공급함으로써, 상기 입력전압의 크기가 변화하더라도 상기 기준전류가 일정한 값을 갖게 하는 기준전류 발생 회로를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 입력전압 검출부:는 상기 입력전압을 분압하고, 서로 직결된 두 개의 입력전압 분압용 저항; 및 상기 입력전압 분압용 저항들 중 어느 하나의 입력전압 분압용 저항과 병렬로 연결되고 교류를 직류로 출력하기 위한 직류출력용 커패시터;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부:는 반전 입력단은 상기 입력전압 분압용 저항들의 사이 단에 연결되고, 일정한 증폭비로 상기 입력 직류전압을 반전증폭하는 반전 증폭회로; 일 단은 상기 반전 증폭회로의 출력단에 연결되고, 타 단은 상기 출력용 저항들의 사이 단에 연결되어, 상기 소스 전류 또는 상기 싱크 전류를 형성하기 위한 소스 및 싱크 전류 출력 저항; 비 반전 입력단은 상기 소스 및 싱크 전류 출력 저항의 타 단에 연결되고, 반전 입력단은 출력단과 단락된 전압 플로워(voltage follower) 회로; 및 상기 기준 전압과 상기 전압 플로워 회로의 출력단을 연결하고, 상기 기준 전압과 상기 전압 플로워 회로의 출력 전압의 차이 값을 상기 반전 증폭회로의 증폭비로 분압하여 상기 반전 증폭회로의 비 반전 입력단에 공급하는 두 개의 비 반전 입력 전압 공급용 저항으로 구성되는 비 반전 입력 전압 공급용 저항회로;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 입력전압은 전파정류된 교류이다.
또한, 본 발명은 상기 기준전류 발생 회로가 구비된 컨버터 장치를 더 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 의하면 전파정류된 입력전압의 크기가 변화할 경우에도 파형은 유지되고 크기가 일정한 기준전류를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기준전류 발생회로 및 그 회로를 포함하는 컨버터 장치에 의하면, 최소한의 소자들을 이용하여 저비용으로 소스 전류 또는 싱크 전류를 제공함으로써 파형의 크기가 일정한 기준전류를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생회로의 사용례를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생회로의 구성도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생 회로(100)는 전류 모드 제어로 제어되는 컨버터장치에 적용이 가능하고, 상기 컨버터장치는 입력교류(10)를 정류하는 정류부(20), 상기 정류부(20)에서 정류된 전원을 스위칭하여 출력하는 스위칭부(30) 및 상기 스위칭부(30) 제어하기 위한 PWM신호를 출력하는 스위칭 드라이버(50)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생 회로(100)는 상기 정류부(20)의 출력을 입력받아 기준전류(iref)를 생성하고, 생성된 기준전류(iref)를 상기 스위칭 드라이버(50)로 제공한다.
그러면 상기 스위칭 드라이버(50)는 상기 스위칭부(30)의 스위칭 전류(isw)가 상기 기준전류(iref)를 초과하지 않도록 상기 스위칭부(30)를 제어하고, 상기 스위칭부(30)에 연결된 부하(40)가 지령치 전원에 의해 동작하도록 한다.
또한, 상기 부하(40)는 LED모듈일 수 있고, 상기 컨버터장치는 LED모듈 구동용 컨버터장치일 수 있다.
또한, 상기 기준전류 발생 회로(100)는 전류 모드 제어, 특히 피크 전류 모드 제어로 구동되는 컨버터장치라면 어떠한 컨버터장치에도 적용이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생 회로(100)의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전류 발생 회로(100)는 입력전압 검출부(110), 소스 및 싱크 전류 제공부(120) 및 기준전류 출력부(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 입력전압 검출부(110)는 교류인 입력전압을 입력받아 직류 입력전압(Vin)으로 변환하여 출력한다.
또한, 상기 입력전압 검출부(110)는 상기 정류부(20)로부터 정류된 교류를 입력전압으로 입력받으며, 상기 입력전압은 전파정류된 전압일 수 있다.
또한, 상기 입력전압 검출부(110)에서 출력하는 직류 입력전압(Vin)은 상기 입력전압을 일정한 저항비로 강압한 것으로 아래에서 설명할 소스 및 싱크 전류 제공부(120)의 기준전압(Vref)과 비교의 대상이 된다.
또한, 상기 입력전압 검출부(110)는 상기 입력전압을 분압하는 서로 직결된 제1 입력전압 분압용 저항(111), 제2 입력전압 분압용 저항(112) 및 상기 제2 입력전압 분압용 저항(112)의 양단에 병렬로 연결되는 직류출력용 커패시터(113)를 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기 직류출력용 커패시터(113)는 상기 제1 입력전압 분압용 저항(111)에 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 입력전압 분압용 저항(111)과 상기 제2 입력전압 분압용 저항(112)은 상기 정류부(20)의 출력단에 병렬로 연결된다.
또한, 상기 직류 입력전압(Vin)은 상기 제1 입력전압 분압용 저항(111)과 상기 제2 입력전압 분압용 저항(112)의 사이 단에서 출력된다.
즉, 상기 직류 입력전압(Vin)은 상기 제1 입력전압 분압용 저항(111)과 상기 제2 입력전압 분압용 저항(112)의 저항비로 강하된 전압이다.
상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)는 상기 직류 입력전압(Vin)과 상기 기준전압(Vref)을 입력받고, 상기 직류 입력전압(Vin)과 상기 기준전압(Vref)의 크기 차이에 따라 소스 전류(source current) 또는 싱크 전류(sink current)를 제공한다.
여기서 상기 소스 전류란 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)에서 출력되는 전류를 의미하고, 상기 싱크 전류란 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)로 유입되는 전류를 의미한다.
또한, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)의 출력단은 아래에서 설명할 기준전류 출력부(130)의 기준전류(iref) 출력단에 연결되어 상기 기준전류(iref)가 커질 경우, 싱크 전류를 제공하여 상기 기준전류(iref)의 크기를 강하시키고, 상기 기준전류(iref)가 작아질 경우, 소스 전류를 제공하여 상기 기준전류(iref)의 크기를 상승시킴으로써 상기 기준전류(iref)의 크기가 일정하게 유지되게 한다.
더욱 자세하게는, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)는 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 클 경우, 상기 기준전류 출력부(130)에서 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)로 싱크 전류가 발생하게 하고, 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 작을 경우, 상기 기준전류 출력부(130)로 소스 전류를 공급한다.
그 이유는 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 커질 경우, 상기 기준전류 출력부(130)에서 출력되는 기준전류가 커지고, 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 작아질 경우, 상기 기준전류 출력부(130)에서 출력되는 기준전류가 작아지기 때문이다.
따라서, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)는 상기 기준전류 출력부(130)에서 출력되는 기준전류가 커질 경우, 싱크전류를 제공하여 상기 기준전류가 작아지게 하고, 상기 기준전류 출력부(130)에서 출력되는 기준전류가 커질 경우, 소스전류를 제공하여 상기 기준전류가 커지게 함으로써, 상기 입력전압이 변화하더라도 상기 기준전류 출력부(130)에서는 일정한 크기의 기준전류가 출력될 수 있게 하는 것이다.
또한, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)는 반전 증폭회로(121), 소스 및 싱크 전류 출력 저항(122), 전압 플로워 회로(123) 및 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 반전 증폭회로(121)는 반전 입력단은 상기 입력전압 분압용 저항들(111,112)의 사이 단에 연결되고, 일정한 증폭비로 상기 입력 직류전압을 반전증폭한다.
또한, 상기 반전 증폭회로(121)는 제1 연산 증폭기(121a), 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 반전 입력단과 상기 입력전압 분압용 저항들(111,112)의 사이 단을 연결하는 제1 증폭용 저항(121b) 및 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 반전 입력단과 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 출력단을 연결하는 제2 증폭용 저항(121c)을 포함한다.
즉, 상기 반전 증폭회로(121)는 상기 입력 직류전압(Vin)을 상기 증폭용 저항들(121b,121c)의 저항비로 반전증폭하는 것이다.
또한, 상기 소스 및 싱크 전류 출력 저항(122)은 일 단이 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 출력단에 연결되고, 타 단은 상기 기준전류 출력부(130)의 기준전류 출력단 및 상기 전압 플로워 회로(123)의 비 반전 입력단에 연결된다.
또한, 상기 전압 플로워 회로(123)는 제2 연산증폭기(123a)로 구성되고, 상기 제2 연산증폭기(123a)의 반전 입력단과 출력단은 서로 단락된다.
즉, 상기 전압 플로워 회로(123)는 비 반전 입력의 전압(Vo)을 증폭비 '1'로 그대로 출력한다. 다시 말해서, 상기 전압 플로워 회로(123)의 비 반전 입력단의 전압(Vo)과 출력단의 전압(Vo2)은 서로 동일하다.
또한, 상기 비 반전 입력전압 공급용 저항회로(124)는 서로 직결되는 제1 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124a) 및 제2 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124b)을 포함하고, 상기 제1 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124a)은 상기 기준전압(Vref)에 연결되고, 상기 제2 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124b)은 상기 전압 플로워 회로(123)의 출력단에 연결되며, 상기 제1 제1 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124a) 및 상기 제2 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124b)의 사이 단은 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 비 반전 입력단에 연결된다.
또한, 상기 제1 연산 증폭기(121a)의 비 반전 입력단의 전압(Vr)은 아래의 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112012009123877-pat00001
또한, 상기 제1 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124a)과 상기 제1 증폭용 저항(121b)의 값은 동일하고, 상기 제2 비 반전 입력 전압 공급용 저항(124b)과 상기 제2 증폭용 저항(121c)의 값은 동일하다.
또한, 상기 반전 증폭회로(121)의 출력단 전압(Vo1)과 상기 소스 및 싱크 전류 출력 저항(122)의 전압(Rs*io)의 합은 상기 전압 플로워 회로(123)의 비 반전 입력단의 전압(Vo)과 동일하므로 상기 전압 플로워 회로(123)의 비 반전 입력단의 전압(Vo)은 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112012009123877-pat00002
또한, 상기 수학식 1과 수학식 2로부터 상기 소스 및 싱크 전류 출력 저항(122)에 흐르는 전류(io)는 아래의 수학식 3로 표현할 수 있다.
Figure 112012009123877-pat00003
즉, 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)는 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(V)보다 커질 경우, '-'의 싱크 전류를 제공하고, 상기 직류 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(V)보다 작아질 경우, '+'의 소스 전류를 제공하는 것이다.
상기 기준전류 출력부(130)는 상기 입력전압 검출부(110)와 병렬로 연결되고 서로 직결된 두 개의 출력용 저항(131,132)을 포함하고, 상기 출력용 저항들(131,132)의 사이 단은 상기 소스 및 싱크 전류 제공부(120)의 출력단과 연결되어 상기 기준전류(iref)를 출력한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:기준전류 발생회로 110:입력전압 검출부
111,112:입력전압 분압용 저항 113:직류출력용 커패시터
120:소스 및 싱크 전류 제공부 121:반전 증폭회로
121a:제1 연산 증폭기 121b,121c:증폭용 저항
122:소스 및 싱크 전류 출력 저항 123:전압 플로워 회로
123a:제2 연산 증폭기 124:비 반전 입력전압 공급용 저항회로
124a,124b:비 반전 입력 전압 공급용 저항
130:기준전류 출력부 131,132:출력용 저항

Claims (5)

  1. 교류인 입력전압을 직류 입력전압으로 변환하여 출력하는 입력전압 검출부;
    상기 직류 입력전압과 기준전압을 입력받고, 상기 직류 입력전압과 상기 기준전압의 차이에 따라 소스 전류(source current) 또는 싱크 전류(sink current)를 제공하는 소스 및 싱크 전류 제공부; 및
    상기 입력전압 검출부와 병렬로 연결되고, 출력전압의 형성을 위한 직결된 두 개의 출력용 저항을 포함하며, 상기 출력용 저항들의 사이 단은 상기 소스 및 싱크 전류 제공부의 출력단과 연결되어 피크 전류 모드 제어(peak current mode control)를 위한 기준전류를 출력하는 기준전류 출력부;를 포함하고,
    상기 소스 및 싱크 전류 제공부는 상기 직류 입력전압이 상기 기준전압보다 클 경우, 상기 기준전류 출력부에서 상기 소스 및 싱크 전류 제공부로 싱크 전류가 발생하게 하고, 상기 직류 입력전압이 상기 기준전압보다 작을 경우, 상기 기준전류 출력부로 소스 전류를 공급함으로써, 상기 입력전압의 크기가 변화하더라도 상기 기준전류가 일정한 값을 갖게 하는 기준전류 발생 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력전압 검출부:는
    상기 입력전압을 분압하고, 서로 직결된 두 개의 입력전압 분압용 저항; 및
    상기 입력전압 분압용 저항들 중 어느 하나의 입력전압 분압용 저항과 병렬로 연결되고 교류를 직류로 출력하기 위한 직류출력용 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준전류 발생 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 및 싱크 전류 제공부:는
    반전 입력단은 상기 입력전압 분압용 저항들의 사이 단에 연결되고, 일정한 증폭비로 상기 입력 직류전압을 반전증폭하는 반전 증폭회로;
    일 단은 상기 반전 증폭회로의 출력단에 연결되고, 타 단은 상기 출력용 저항들의 사이 단에 연결되어, 상기 소스 전류 또는 상기 싱크 전류를 형성하기 위한 소스 및 싱크 전류 출력 저항;
    비 반전 입력단은 상기 소스 및 싱크 전류 출력 저항의 타 단에 연결되고, 반전 입력단은 출력단과 단락된 전압 플로워(voltage follower) 회로; 및
    상기 기준 전압과 상기 전압 플로워 회로의 출력단을 연결하고, 상기 기준 전압과 상기 전압 플로워 회로의 출력 전압의 차이 값을 상기 반전 증폭회로의 증폭비로 분압하여 상기 반전 증폭회로의 비 반전 입력단에 공급하는 두 개의 비 반전 입력 전압 공급용 저항으로 구성되는 비 반전 입력 전압 공급용 저항회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준전류 발생 회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력전압은 전파정류된 교류인 것을 특징으로 하는 기준전류 발생 회로.
  5. 제 4 항의 상기 기준전류 발생 회로가 구비된 컨버터 장치.
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