KR101421414B1 - 자기 오실레이팅 스위치 회로, 및 이러한 스위치 회로를 포함하는 구동기 회로 - Google Patents

자기 오실레이팅 스위치 회로, 및 이러한 스위치 회로를 포함하는 구동기 회로 Download PDF

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Abstract

자기 오실레이팅 스위치 회로는 스위칭 DC-DC 컨버터(스위칭형 모드 전원(SMPS))에서 사용하도록 구성된다. 자기 오실레이팅 스위치 회로는 전원(51)으로부터 전력을 수신하기 위한 입력 단자(Tin1, Tin2), 및 부하에 전력을 공급하기 위한 출력 단자(Tout1, Tout2)를 포함한다. 부하는 예를 들어, 고전력 LED일 수 있다. 자기 오실레이팅 스위치 회로는 제어 단자를 갖는 전력 스위치 반도체 장치(Q1) 및 전력 스위치 반도체 장치에 연결된 제어 반도체 장치(Q2)를 더 포함한다. 전력 스위치 반도체 장치는 입력 단자와 출력 단자 사이의 부하 전류를 제어하도록 구성되고, 제어 반도체 장치는 전력 스위치 반도체 장치의 스위칭을 제어하기 위해 전력 스위치 반도체 장치의 제어 단자에 제어 신호를 공급하도록 구성된다. 전력 스위치 반도체 장치에서의 전력 손실을 감소시키기 위하여, 이득 반도체 장치(Q4)는 제어 신호를 증폭시키기 위하여 전력 스위치 반도체 장치와 제어 반도체 장치 사이에 연결된다. 제어 신호의 증폭으로 인해, 전력 스위치 반도체 장치의 스위칭이 보다 빠르게 수행되어, 이에 의해 전력 스위치 반도체 장치를 통해 흐르는 부하 전류로 인한 전력 소모를 감소시키고, 전력 스위치 트랜지스터의 베이스-이미터 전압이 그 시점의 피크 전류에 대응하는 베이스-이미터 전압보다 작다.
자기 오실레이팅 스위치 회로, 부하 구동기 회로, LED, PWM 신호, 부하 전류

Description

자기 오실레이팅 스위치 회로, 및 이러한 스위치 회로를 포함하는 구동기 회로{SELF-OSCILLATING SWITCH CIRCUIT AND A DRIVER CIRCUIT COMPRISING SUCH A SWITCH CIRCUIT}
본 발명은 스위칭 DC-DC 컨버터에 사용하기 위한 자기 오실레이팅 스위치 회로에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 부하를 동작시키기 위한 구동기 회로에 관한 것으로서, 이 구동기 회로는 자기 오실레이팅 스위치 회로를 포함한다. 특히, 구동기 회로는 LED를 구동하도록 구성된다.
LED 또는 OLED를 포함하는 공지된 장치에서, (O)LED에 적절한 부하 전류를 제공하기 위하여 전자 스위칭 구동기가 적용된다. 이러한 장치는 (O)LED 백라이트를 포함하는 LCD 디스플레이, 자동차 조명 어셈블리, 예를 들어, RCL(rear combination light) 또는 임의의 기타 조명 장치일 수 있다. 이러한 전자 스위칭 구동기는 일반적으로 저비용 회로인 것이 바람직하다.
적절한 저비용 스위칭 구동기 회로는 공지된 자기 오실레이팅 구동기 회로일 수 있다. 이러한 스위칭 구동기 회로는 자기 오실레이팅 스위치 회로를 포함한다. 공지된 자기 오실레이팅 스위치 회로의 단점은 효율성이 제한된다는 것이다. 특히, 전력 스위치 트랜지스터가 점진적으로(gradually) 스위칭 오프되고, 전력 스위 치 트랜지스터를 통해 부하 전류가 흐르게 된다. 따라서, 스위칭 오프되고 있는 기간 동안, 전력 스위치 트랜지스터에서 전력이 소모(dissipation)된다. 이러한 전력은 손실되어, 효율성이 비교적 낮아지게 된다. 또한, 전력 스위치 트랜지스터에서의 전력 소모 때문에, 전력 스위치 트랜지스터에 대한 손상을 방지하기 위하여 제한된 부하 전류만이 인가될 수 있다.
<발명의 목적>
본 발명의 목적은 부하, 특히 LED를 구동하기 위한 저비용 스위칭 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
<발명의 개요>
상술한 목적은 청구항 제1항에 따른 자기 오실레이팅 스위치 회로, 및 청구항 제11항에 따른 부하 구동기 회로에서 실현된다.
본 발명에 의하면, 스위칭 DC-DC 컨버터에서 사용하기 위한 자기 오실레이팅 스위치 회로는 전원으로부터 전력을 수신하기 위한 입력 단자, 및 부하에 전력을 공급하기 위한 출력 단자를 포함한다. 트랜지스터 등의 제어 단자를 포함하는 전력 스위치 반도체 장치가 입력 단자와 출력 단자 사이에서 흐르는 부하 전류를 제어하기 위하여 제공되고 구성된다. 또한, 전력 스위치 반도체 장치의 스위칭을 제어하기 위하여 제어 반도체 장치가 제공되고 전력 스위치 반도체 장치에 연결되어, 전력 스위치 반도체 장치의 제어 단자에 제어 신호를 공급한다. 또한, 이득 반도체 장치가 제어 신호를 증폭시키기 위하여 전력 스위치 반도체 장치와 제어 트랜지스터 사이에 제공되고 연결된다.
위에서 언급된 종래 기술에서, 전력 스위치 반도체 장치를 스위칭 오프하는 점진적인 프로세스는 제어 반도체 장치에 의해 제공되는 제어 신호의 점진적인 증가에 의해 일어난다. 본 발명에 의하면, 이득 반도체 장치는 제어 신호를 증폭시키기 위하여 제어 장치와 전력 스위치 장치 사이에 연결된다. 증폭된 제어 신호로 인해, 전력 스위치 장치는 점점 빠르게 스위칭되고, 전력 소모가 줄어든다. 전력 소모가 낮아지면 전력 효율성이 보다 높아지고, 전력 스위치 장치를 손상시키지 않고도 보다 높은 부하 전류를 사용할 수 있게 된다.
반도체 장치 중 하나 이상의 반도체 장치는 트랜지스터, 특히 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor) 또는 FET(field-effect transistor) 또는 임의의 기타 적절한 반도체 장치일 수 있다.
부하 전류는 전력 스위치 반도체 장치를 통해 전력 스위치 입력 단자로부터 전력 스위치 출력 단자로 흐른다. 일 실시예에서, 캐패시터는 상기 전력 스위치 입력 단자와 상기 전력 스위치 출력 단자 사이에 연결된다. 따라서, 제어 반도체 장치가 스위칭되면, 반도체 장치 상의 전압 및/또는 반도체 장치를 통하는 전류가 지연된다. 이로써, 스위칭에 의한 전력 손실이 더욱 감소된다.
일 실시예에서, 제어 반도체 장치는 전력 스위치 반도체 장치를 비도통 상태(non-conductive)로 스위칭하기 위한 제1 제어 반도체 장치이다. 또한, 일 실시예에서, 자기 오실레이팅 스위치 회로는 전력 스위치 반도체 장치를 도통 상태(conductive)로 스위칭하기 위하여 전력 스위치 반도체 장치의 제어 단자에 연결된 제2 제어 반도체 장치를 포함한다. 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation) 회로는 전력 스위치 반도체 장치와 제2 제어 반도체 장치 사이에 연결된다. PWM 회로는 PWM 신호를 수신하기 위한 PWM 신호 입력 단자를 포함한다. PWM 신호 입력 단자에 적절한 PWM 신호를 공급하면 PWM 모드에서 부하를 구동시킬 수 있게 된다. 따라서, 부하가 LED와 같은 조명 장치이면, LED는 펄스 폭 변조에 의해 디밍(dimming)될 수 있다. 이러한 실시예는 특히 자동차 후면 컴비네이션 등(automotive rear combination light)에서 사용하는 데에 적절하다. 예를 들어, 미등(tail light) 및 브레이크 등(break light)이 조합될 수 있다. LED가 미등으로서 사용되면, PWM 모드는 예를 들어, 10% 듀티 사이클의 PWM 신호를 이용하여, 감소된 광 출력을 획득하는 데 사용될 수 있다. LED가 브레이크 등으로서 사용되면, 듀티 사이클이 예를 들어, 100%까지 증가하여, 최대 광 출력으로 될 수 있다.
다른 실시예에서, PWM 회로는 PWM 회로 캐패시터와 PWM 회로 다이오드의 병렬 접속과 PWM 회로 저항기와의 직렬 접속을 포함하는데, 여기서 PWM 회로 캐패시터는, 전력 스위치 반도체 장치가 도통 상태를 시작하면, 제2 제어 반도체 장치에 공급되는 제어 신호를 증가시키도록 구성된다. 제2 제어 반도체 장치로의 제어 신호를 증가시키면 제2 제어 반도체 장치로부터 전력 스위치 반도체 장치로의 제어 신호가 증가되고, 따라서 전력 스위치 장치의 스위칭이 보다 빠르게 된다. 스위칭이 보다 빠르면 전력 소모가 줄어들고, 지연 시에 스위칭이 보다 짧아진다.
일 실시예에서, 버퍼 반도체 장치가 PWM 신호 입력 단자와 회로의 공통 단자 사이에 연결되고, PWM 신호 발생기는 버퍼 반도체 장치의 제어 단자에 연결된다. 예를 들어, 버퍼 반도체 장치는 트랜지스터일 수 있다. 이 실시예에서, 버퍼 장치는 내부 또는 외부 PWM 발생기를 사용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제어가능한 스위치 요소가 버퍼 반도체 장치의 제어 단자와 공통 단자 사이에 연결된다. 트랜지스터와 같은 제어가능한 스위치 요소는, 제어가능한 스위치 요소가 도통 상태로 스위칭되면, 버퍼 반도체 장치를 비도통 상태로 스위칭하도록 구성된다. 따라서, 버퍼 장치는 PWM 신호와 독립적으로 비도통 상태로 스위칭되어, PWM 신호를 디스에이블(disable)시킨다.
일 실시예에서, 시동 회로(start-up circuit)가 제2 제어 반도체 장치의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결된다. 시동 회로는 어떠한 DC 오프셋 전류도 부하 전류에 존재하지 않게 되는 방식으로 시동 전류를 제공하기 위하여 공통 단자와 입력 단자에 연결된 제너 다이오드(zener diode)를 포함한다.
본 발명은 부하를 구동하기 위한 부하 구동기 회로를 더 제공한다. 부하 구동기 회로는 스위칭 DC-DC 컨버터 회로를 포함한다. 스위칭 DC-DC 컨버터는 본 발명에 따른 자기 오실레이팅 스위치 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 스위칭 DC-DC 컨버터는 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 및 플라이백 컨버터(flyback converter), 및 기타 컨버터 토폴로지를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 일 실시예에서, 부하는 LED(light emitting diode)이다.
이하, 본 발명은 제한되지 않은 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하면 명 확해진다.
도 1은 종래 기술의 자기 오실레이팅 스위칭 DC-DC 컨버터의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 자기 오실레이팅 스위칭 DC-DC 컨버터의 제1 실시예의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 자기 오실레이팅 스위칭 DC-DC 컨버터의 제2 실시예의 회로도.
도 4는 도 3에 따른 스위칭 DC-DC 컨버터에서 사용하기 위한 PWM 발생기 회로의 실시예를 도시하는 도면.
도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 말한다. 도 1은 스위칭 DC-DC 벅 컨버터(10)에 포함된 종래 기술의 자기 오실레이팅 스위치 회로의 회로도를 도시한다. 자기 오실레이팅 스위치 회로는 제1 입력 단자(Tin1) 및 제2 입력 단자(Tin2)를 포함한다. DC 전원(PS1)은 벅 컨버터(10)에 DC 전압을 공급하기 위하여 입력 단자(Tin1, Tin2)에 연결된다. DC 전원(PS1)은 배터리(팩)를 포함한 임의의 종류의 DC 전원일 수 있다. LED(light emitting diode)는 벅 컨버터(10)의 출력에 연결된다. 벅 컨버터(10)는 출력 인덕터(L1), 출력 캐패시터(C1) 및 프리휠 다이오드(freewheel diode)(D1)를 더 포함한다. 출력 캐패시터(C1)는 LED에 병렬로 연결된다. 출력 인덕터(L1)는 출력 캐패시터(C1) 및 LED의 상기 병렬 회로와 직렬로 연결된다. 프리휠 다이오드(D1)는 상기 직렬 접속과 병렬로 접속되고, 프리휠 다이오드(D1)는 자기 오실레이팅 스위치 회로의 제1 출력 단자(Tout1)와 제2 출력 단자(Tout2) 사이에 접속된다.
자기 오실레이팅 스위치 회로는 전력 스위치 반도체 장치, 특히 바이폴라(bipolar) 전력 스위치 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 콜렉터(collector)는 제1 출력 단자(Tout1)에 접속되고, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 이미터(emitter)는 감지 저항기(R1)를 통해 제1 입력 단자(Tin1)에 연결되어, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)가 입력 단자(Tin1)와 출력 단자(Tout1) 사이의 부하 피크 전류를 제어하도록 구성된다.
자기 오실레이팅 스위치 회로는 제1 제어 반도체 장치, 특히 제1 바이폴라 제어 트랜지스터(Q2)를 더 포함한다. 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(base terminal), 즉, 제어 단자는 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 연결된다. 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 이미터는 제1 입력 단자(Tin1)에 연결된다. 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자는 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 이미터에 연결된다.
자기 오실레이팅 스위치 회로는 제2 제어 반도체 장치, 특히 제2 바이폴라 제어 트랜지스터(Q3)를 더 포함한다. 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자 및 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 연결된다. 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 이미터는 전류 제한(current-limiting) 저항기(R3)를 통해 제2 입력 단자(Tin2) 및 제2 출력 단자(Tout2)에 연결되는데, 이들 제2 입력 단자(Tin2) 및 제2 출력 단자(Tout2)는 모두 그라운드에 접속되어, 회로의 공통 단자로서 기능한다. 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자, 즉, 그 제 어 단자는 시동 저항기(R2)를 통해 제1 입력 단자(Tin1)에 접속되고, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속되고, 제1 출력 단자(Tout1)에 접속된다.
동작에서, 시동 시, DC 공급 전압이 전원(PS1)에 의해 제1 입력 단자(Tin1) 및 제2 입력 단자(Tin2)로 공급된다. 공급된 DC 전압은 시동 저항기(R2)를 통해 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 인가된다. 그 결과, 제2 제어 트랜지스터(Q3)가 도통 상태로 스위칭된다. 따라서, 콜렉터 전류가 발생되고, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)가 도통 상태로 된다. 그 후, 부하 전류가 감지 저항기(R1), 전력 스위치 트랜지스터(Q1) 및 출력 인덕터(L1)를 통해 제1 입력 단자(Tin1)로부터 출력 캐패시터(C1) 및 LED로 흐르도록 될 수 있다. 인덕터(L1)로 인해, 부하 전류는 점진적으로 증가된다.
부하 전류가 증가하면, 감지 저항기(R1) 상에 증가된 전압이 발생된다. 이 증가된 전압은 제1 제어 트랜지스터(Q2) 상의 베이스-이미터 전압을 증가시킨다. 베이스-이미터 전압이 증가되면, 제1 제어 트랜지스터(Q2)가 점진적으로 도통 상태로 되어, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터 전압을 점진적으로 감소시킨다. 부하 전류가 전력 스위치 트랜지스터(Q1)를 통해 흐르기 때문에, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터 전압이 그 시점에서의 피크 전류에 대응하는 베이스-이미터 전압보다 작아지면, 전력이 전력 스위치 트랜지스터(Q1)에서 소모된다. 결과적으로, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)가 비도통 상태로 되고, 부하 전류가 차단된다(blocked).
한편, 인덕터(L1)는 그 전류를 유지하고, 전류가 LED 및 프리휠 다이오 드(D1)를 통해 흐르기 시작한다. 그 결과, 네거티브 전압이 프리휠 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)에 발생되어, 제2 제어 트랜지스터(Q3)를 비도통 상태로 스위칭한다. 전류가 너무 낮으면, 프리휠 다이오드(D1)가 비도통 상태로 스위칭되어, 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에서의 네거티브 전압이 제거된다. 계속하여, 제1 입력 단자(Tin1)로부터의 공급된 DC 전압이 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 인가되고, 상술된 프로세스가 반복되어, 자기 오실레이션(self-oscillation)을 제공한다.
위에서 언급된 바와 같이, 전력은 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 콜렉터로부터 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자로 공급되는 제어 신호가 비교적 느리게 증가되기 때문에, 전력이 전력 스위치 트랜지스터(Q1)에서 소모된다. 제어 신호가 보다 빨리 증가되면 스위칭이 보다 빠르게 되므로, 전력 소모가 보다 작아진다. 전력 소모가 보다 작아지면 부하 전류를 보다 높게 할 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이득 반도체 장치, 특히 이득 트랜지스터(Q4)가 제1 제어 트랜지스터(Q2)에 의해 전력 스위치 트랜지스터(Q1)로 인가된 제어 신호를 증폭하기 위하여 제공될 수 있다. 이득 트랜지스터(Q4)는, 그 콜렉터가 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에 접속되고, 그 베이스 단자가 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 접속되고, 그 이미터가 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 접속된다. 단, 다른 실시예에서는, 이득 트랜지스터(Q4)의 콜렉터가 전원(PS)의 포지티브 단자에 접속될 수 있음을 유의한다. 이득 저항기는 이득 트랜지스터(Q4)의 베이스 단자(이에 의해, 제1 제어 트랜지스 터(Q2)의 콜렉터)와 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자 사이에 도입된다. 또한, 지연 캐패티서(C2)는 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 이미터(전력 스위치 입력 단자)와 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 콜렉터(전력 스위치 출력 단자) 사이에 연결된다. 위에서 언급된 추가 컴포넌트 이외에는, 도 2에 도시된 회로는 도 1에 도시된 회로와 동일하다.
동작 시, 도 2의 회로는 도 1의 회로와 유사하게 동작한다. 그러나, 감지 저항기(R1) 상의 전압이 제1 제어 트랜지스터(Q2)가 도통 상태를 시작하도록 충분히 높아지면, 제1 제어 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에서 출력되는 제어 신호는 이득 트랜지스터(Q4)에 의해 증폭된다. 따라서, 제1 제어 트랜지스터(Q2)에 의해 출력되는 작은 제어 신호가 이득 트랜지스터(Q4)에 의해 출력되는 비교적 큰 제어 신호로 빠르게 된다. 따라서, 빠르게 증가되는 제어 신호로 인해, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)는 비교적 빠르게 비도통 상태로 스위칭된다. 따라서, 스위칭 동안의 전력 소모가 비교적 낮다.
게다가, 지연 캐패시터(C2)는 전력 스위치 트랜지스터(Q1)에서 좀더 낮은 전력 소모로 동작한다. 특히, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)가 도통 상태로 스위칭되면, 지연 캐패시터(C2)는 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 및 이미터 양단에 걸친 전압을 비교적 낮게 유지한다. 따라서, 전압이 낮기 때문에, 전압 곱하기 전류와 동일한 전력 소모가 낮다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 나타낸 회로는 LED를 디밍시키기 위하여 펄스 폭 변조(PWM) 동작에 대하여 인에이블되도록 구성될 수 있다. 따라서, PWM 동작 및 대응하는 회로 변화가 또한 도 1의 회로에도 적용될 수 있으므로, 이에 의해 도 2에 도입된 것과 같은 추가적인 회로 컴포넌트들을 생략할 수 있음을 유의하도록 한다.
도 3에 따른 회로에서, PWM 신호 입력 단자(PWM-in)가 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 연결된다. PWM 신호 입력 단자(PWM-in)와 전력 스위치 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 대응하는 제1 출력 단자(Tout1) 사이에는, 다이오드(D3)와 피드 포워드(feed forward) 캐패시터(C3)의 병렬 회로와 저항기(R5)와의 직렬 접속이 제공된다. PWM 신호 입력 단자(PWM-in)는 도 4를 참조하여 이하 더욱 상술되는 바와 같이 버퍼 트랜지스터를 통해 공통 단자에 연결될 수 있기 때문에, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)로부터 들어오는 부하 전류가 PWM 신호 입력 단자(PWM-in)를 통해 공통 단자로 흐를 수 있는 것을 방지하기 위하여 다이오드(D3)가 제공된다.
도 3을 참조하면, 동작 시, 프리휠 다이오드(D1)의 캐소드와 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자 사이의 적절한 피드백 커플링(feedback coupling)이 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 회로의 정확한 동작에 요구된다. 이러한 적절한 커플링은 저항기(R5) 및 피드 포워드 캐패시터(C3)에 의해 제공된다. 특히, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)가 다시 도통 상태를 시작하면, 피드백 캐패시터(C3)는 제2 제어 트랜지스터(Q3)의 베이스 전류(base current)를 증가시키는 반면, 피드백 저항기(R5)는 상기 베이스 전류를 제한하고, 회로의 적절한 시동을 보장한다.
계속 도 3을 참조하면, 시동 저항기가 이제 제1 시동 저항기(R2A) 및 제2 시동 저항기(R2B)의 직렬 접속으로서 구현된다. 제1 시동 저항기(R2A)와 제2 시동 저항기(R2B) 사이의 노드에, 제너 다이오드(D2)가 연결된다. 제너 다이오드(D2)는 또한 그라운드(공통 단자)에 연결된다. 이 시동 회로는 전원 전압 범위 내 및 동작 온도 범위 내에서 전력 스위치 트랜지스터(Q1)를 통하는 DC 전류의 레벨을 비교적 낮게 유지한다.
도 4는 PWM 신호 발생기(PWM-gen)를 도시한다. PWM 신호 발생기(PWM-gen)는 도 3에 도시된 바와 같은 자기 오실레이팅 스위치 회로와 조합하여 사용되는 데에 적절하다. 그러나, 다른 PWM 신호 발생기가 사용될 수 있다. 따라서, PWM 신호 발생기(PWM-gen)에 대한 상세한 논의는 여기서는 생략한다. PWM 신호 발생기(PWM-gen)는 전원(PS2)에 연결되는데, 이는 도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 동일한 전원(전원(PS(1))일 수도 있거나, 또는 임의의 다른 별개의 적절한 전원(PS2)일 수 있다.
PWM 신호 발생기(PWM-gen)에 의해 발생된 PWM 신호는 버퍼 반도체 장치의 제어 단자, 특히 버퍼 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 인가된다. 버퍼 트랜지스터(Q11)의 콜렉터는 PWM 신호 출력 단자(PWM-out)로서 동작하고, 도 3의 회로의 PWM 신호 입력 단자(PWM-in)에 연결될 수 있다. 버퍼 트랜지스터(Q11)의 이미터는 그라운드(또는 공통 단자)에 연결된다.
또한, 제어가능한 스위치 요소, 특히 바이폴라 스위치 트랜지스터(Q12)는 버퍼 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자와 그라운드 사이에 연결되어, PWM 인터럽션 신호(PWM interruption signal)가 제어 단자, 즉 스위치 트랜지스터(Q12)의 베이스 단자에 인가되면, 버퍼 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자가 그라운드에 접속되어, 버 퍼 트랜지스터를 비도통 상태로 스위칭하여, PWM 신호를 디스에이블하게 된다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, PWM 동작에서, PWM 신호 발생기(PWM-gen)의 출력이 버퍼 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 인가된다. 버퍼 트랜지스터(Q11)가 도통 상태로 스위칭되면, 자기 오실레이팅 스위칭 회로의 PWM 신호 입력 단자(PWM-in)가 그라운드(공통 단자)에 접속된다. 그 결과, 제2 제어 트랜지스터(Q3)는 비도통 상태로 스위칭되고, 전력 스위치 트랜지스터(Q1)는 또한 비도통 상태로 스위칭된다. 따라서, 자기 오실레이팅 회로의 오실레이션이 인터럽트된다. 버퍼 트랜지스터(Q11)가 비도통 상태로 스위칭되면, 자기 오실레이팅 스위치 회로는 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이 동작한다.
PWM 인터럽션 신호가 스위치 트랜지스터(Q12)의 베이스 단자에 인가되면, 버퍼 트랜지스터(Q11)는 상술된 바와 같이 비도통 상태로 스위칭되고, 따라서, PWM 신호는 PWM 신호 발생기(PWM-gen)의 출력과는 독립적으로 인터럽트된다. 이러한 PWM 인터럽션 신호는 자동차 응용에서 RCL(rear combination light)에 사용될 수 있다. 예를 들어, PWM 신호 발생기(PWM-gen)는 약 90%의 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 출력할 수 있어, LED가 시간의 약 10% 동안 광을 방출하게 되며(인버팅 회로), 이는 자동차의 미등으로서 적절할 수 있다. 브레이크를 밟을(breaking) 때, PWM 신호를 인터럽트함으로써 동일한 LED가 사용될 수 있어, 100% 듀티 사이클로, 따라서 브레이크 등으로서 적절한 LED에 의해 출력되는 보다 높은 광 강도로 효과적으로 될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명이 여기에 개시되어 있지만, 개시된 실시예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 여기에 개시된 구체적인 구조 및 기능 상세는 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되며 단지 청구범위에 대한 기초로서 또한 당업자가 본 발명을 사실상 임의의 적절하게 상세된 구조로 다양하게 사용할 수 있게 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.
또한, 여기서 사용되는 용어 및 구문은 제한적이라기보다는 오히려 본 발명의 이해가능한 설명을 제공하는 것으로 의도되어야 한다. 여기서 설명된 바와 같이, 단수("a" 또는 "an")는 하나보다는 하나 이상으로서 규정된다. 여기서 사용되는 다른이라는 용어는 적어도 2 이상으로서 규정된다. 여기서 사용됨에 있어서 구비한다(including) 및/또는 가진다(having)는 용어는 포함한다(comprising) 것으로서 규정된다(즉, 개방형 언어). 여기서 사용됨에 있어서 연결된다(coupled)란 용어는 접속된다(connected)는 것으로서 규정되지만, 반드시 직접 또는 배선에 의해 연결될 필요는 없다.

Claims (13)

  1. 스위칭 DC-DC 컨버터에서 사용하기 위한 자기 오실레이팅 스위치 회로(self-oscillating switch circuit)로서,
    전원으로부터 전력을 수신하기 위한 입력 단자;
    부하(load)에 전력을 공급하기 위한 출력 단자;
    제어 단자를 갖는 전력 스위치 반도체 장치 - 상기 전력 스위치 반도체 장치는 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이의 부하 전류(load current)를 제어하도록 구성됨 -;
    상기 전력 스위치 반도체 장치의 스위칭을 제어하기 위하여 상기 전력 스위치 반도체 장치의 상기 제어 단자에 제어 신호를 공급하도록 상기 전력 스위치 반도체 장치에 연결된 제어 반도체 장치 - 상기 제어 반도체 장치는 상기 전력 스위치 반도체 장치를 비도통 상태(non-conductive)로 스위칭하기 위한 제1 제어 반도체 장치, 및 상기 전력 스위치 반도체 장치를 도통 상태(conductive)로 스위칭하기 위하여 상기 전력 스위치 반도체 장치의 상기 제어 단자에 연결된 제2 제어 반도체 장치를 포함함 -; 및
    상기 제어 신호를 증폭시키기 위하여 상기 전력 스위치 반도체 장치와 상기 제1 제어 반도체 장치 사이에 연결된 이득(gain) 반도체 장치
    를 포함하는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 스위치 반도체 장치, 상기 제어 반도체 장치 및 상기 이득 반도체 장치 중 적어도 하나의 반도체 장치는 트랜지스터인 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 스위치 반도체 장치, 상기 제어 반도체 장치 및 상기 이득 반도체 장치 중 적어도 하나의 반도체 장치는 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)인 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 스위치 반도체 장치, 상기 제어 반도체 장치 및 상기 이득 반도체 장치 중 적어도 하나의 반도체 장치는 전계 효과 트랜지스터(FET: field-effect transistor)인 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부하 전류는 상기 전력 스위치 반도체 장치를 통해 전력 스위치 입력 단자로부터 전력 스위치 출력 단자로 흐르고,
    상기 전력 스위치 입력 단자와 상기 전력 스위치 출력 단자 사이에는 캐패시터가 연결되는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 스위치 반도체 장치와 상기 제2 제어 반도체 장치 사이에 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation) 회로가 연결되고,
    상기 PWM 회로는 PWM 신호를 수신하기 위한 PWM 신호 입력 단자를 포함하는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 회로는 PWM 회로 캐패시터와 PWM 회로 다이오드의 병렬 접속과 PWM 회로 저항기와의 직렬 접속을 포함하고,
    상기 전력 스위치 반도체 장치가 도통 상태를 시작하면, 상기 PWM 회로 캐패시터는 상기 제2 제어 반도체 장치에 공급된 제어 신호를 증가시키도록 구성되는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 회로는 버퍼 반도체 장치의 제어 단자에 연결되고,
    상기 버퍼 반도체 장치는 상기 PWM 신호 입력 단자와 공통 단자 사이에 연결되는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 버퍼 반도체 장치의 상기 제어 단자와 상기 공통 단자 사이에 제어가능한 스위치 요소가 연결되어, 상기 제어가능한 스위치 요소가 상기 PWM 신호를 디스에이블(disable)하기 위하여 도통 상태로 스위칭되면, 상기 버퍼 반도체 장치는 비도통 상태로 스위칭되는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어 반도체 장치의 상기 제어 단자와 상기 입력 단자 사이에 시동 회로(start-up circuit)가 연결되고,
    상기 시동 회로는 제너 다이오드(zener diode)를 포함하고, 상기 제2 제어 반도체 장치에 연결되는 자기 오실레이팅 스위치 회로.
  11. 부하를 동작시키기 위한 부하 구동기 회로로서,
    상기 부하 구동기 회로는 스위칭 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    상기 스위칭 DC-DC 컨버터는 제1항에 따른 자기 오실레이팅 스위치 회로를 포함하는 부하 구동기 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 DC-DC 컨버터는 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 및 플라이백 컨버터(flyback converter)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 부하 구동기 회로.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 부하는 발광 다이오드(LED: light emitting diode)인 부하 구동기 회로.
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