KR101424886B1

KR101424886B1 - 전력 변환기 제어기를 위한 멀티-스테이지 샘플링 회로

Info

Publication number: KR101424886B1
Application number: KR1020120107799A
Authority: KR
Inventors: 유리 가크노키; 밍밍 마오; 마이클 유에 장
Original assignee: 파워 인티그레이션즈, 인크.
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-08-01
Also published as: US20140204628A1; US20130083566A1; KR20140031357A; TW201334376A; KR20130035925A; TWI493843B; CN103036396A; CN103036396B; US8717785B2

Abstract

전력 변환기에 대한 예시적인 제어기는 트랙 및 홀드 회로, 샘플 및 홀드 회로, 및 구동 로직을 포함한다. 트랙 및 홀드 회로는 전력 변환기의 출력 전압을 나타내는 신호를 제어기의 단자로부터 수신한다. 트랙 및 홀드 회로는 신호를 트래킹하는 제1 전압을 공급하고 그 후 제1 전압을 유지하는 제1 커패시터를 포함한다. 샘플 및 홀드 회로는 제1 전압이 제1 커패시터 상에 유지될 때 제1 전압을 샘플링한다. 샘플 및 홀드 회로는 샘플링 기간 이후 제1 전압을 나타내는 제2 전압을 유지하도록 접속된 제2 커패시터를 포함하는데, 제2 커패시터는 제1 커패시터보다 큰 커패시턴스 값을 가진다. 구동 로직은 제2 전압에 응답하여 전력 변환기의 출력을 조절하도록 제1 스위치를 제어한다.

Description

전력 변환기 제어기를 위한 멀티-스테이지 샘플링 회로{MULTI-STAGE SAMPLING CIRCUIT FOR A POWER CONVERTER CONTROLLER}

본 발명은 일반적으로 전력 변환기 제어기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 본 발명은 전력 변환기 제어기를 위한 샘플링 회로에 관한 것이다.

셀룰러 전화기, 개인용 디지털 보조장치(PDA), 랩톱 등 많은 전기 기기들은 전력을 이용하여 작동한다. 전력은 일반적으로 벽면 소켓을 통해 고 전압 교류 전류(ac)로 배전되기 때문에, 전형적으로 전력 변환기라고 불리는 장치가, 에너지 트랜스퍼 구성요소를 통해 고 전압 교류(ac) 입력을 적절히 정류된(regulated) 직류 전류(dc) 출력으로 변환하는데 이용될 수 있다. 전환(switched) 모드 전력 변환기는 일반적으로 높은 효율, 작은 크기 그리고 가벼운 무게 때문에 오늘날 많은 전자 기기들의 전력 공급을 위해 사용된다. 작동 중에는, 듀티 사이클(duty cycle)(전형적으로 스위치의 전체 스위칭 기간 대비 스위치의 켜진 시간의 비율)을 변동하여, 전력 변환기에서 스위칭 주파수 또는 단위 시간당 스위치의 펄스 수가 변하게 함으로써, 요구되는 출력량을 공급하기 위해 스위치가 사용된다.

전력 변환기는 폐 루프(closed-loop) 내의 전력 변환기의 출력을 감지하고 제어함으로써 전기 장치(일반적으로 부하라 불림)에 제어된 출력을 공급하기 위한 제어기를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기는 부하에 공급되는 출력량을 조절(regulate) 하기 위해 전력 변환기의 출력에 관한 피드백 정보를 제공하는 센서에 접속될 수 있다. 제어기는 센서로부터의 피드백 정보에 응답하여 스위치를 켜고 끄는 제어에 의해 부하에 배전되는 출력량을 조절하여 에너지 펄스를 전력 선 등과 같은 입력 전력원으로부터 전력 변환기 출력으로 트랜스퍼한다.

피드백 정보를 제공하기 위해 전력 변환기에 사용되는 센서는 전력 변환기의 출력으로부터 직접 출력 전압에 관한 정보를 수신하는 광결합기(optocoupler)를 포함할 수 있다. 전력 변환기의 출력은 또한 에너지 트랜스퍼 구성요소의 2차 와인딩(secondary winding)에 결합된다. 이러한 유형의 제어 방식은 전형적으로 "2차측(secondary-side) 제어"라고 불린다. 또 다른 유형의 제어 방식은, 일반적으로 "1차측(primary-side) 제어"라 불리는데, 이는 제어기에 의해 대체(alternatively) 이용될 수 있다. 1차측 제어에서는, 센서는 에너지 트랜스퍼 구성요소의 1차-기준 와인딩(primary-referenced winding)(예를 들면, 바이어스 와인딩(bias winding))을 포함하여 에너지를 출력으로 배전한 스위칭 발생 직후의 전력 변환기의 출력 전압을 나타내는 신호를 제공할 수 있다. 1차측 제어가 광결합기(optocoupler)에 의해 소모되는 전력 및 비용을 제거함에도 불구하고, 출력 전압은 스위칭이 없을 때에는 감지될 수 없다. 또한, 1차-기준 와인딩에 의해 제공된 신호는 제한된 시간 동안만 출력 전압을 나타내는데, 특히 경-부하 조건 동안 그러하다.

본 발명의 비 제한적이고(Non-limiting) 비 포괄적인(non-exhaustive) 실시 예들이 이하 도면을 참조하여 도시되는데, 이들 도면에서는 동일한 참조 번호들은 달리 특별히 언급되지 않으면 여러 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 개시에 따른, 제어기를 포함하는 예시적인 전력 변환기의 기능적 블록도이다.
도 2는 본 발명의 개시에 따른, 1차-기준 와인딩을 포함한 감지 회로를 가진 예시적인 전력 변환기의 기능적 블록도이다.
도 3은 본 발명의 개시에 따른, 예시적 제어기의 기능적 블록도이다.
도 4는 본 발명의 개시에 따라 예시적인 멀티-스테이지 샘플링 회로의 관련된 전압과 전류 파형 및 클록 신호를 나타낸 도면이다.

전력 변환기 내 전압 감지와 관련된 예들이 개시되어 있다. 이하 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 돕기 위해 수많은 특정 구체적 사항들이 제시되어 있다. 그러나, 당업자에게는 본 발명의 실시를 위해 상기 특정 구체적 사항들을 이용할 필요가 없다는 사실이 명백할 것이다. 다른 경우에는, 주지의 소재나 방법은, 본 발명을 불명료하게 함을 방지하기 위해 자세히 설명되지 않았다.

본 명세서 전체에 걸친 언급 중 "하나의 실시예(one embodiment)", "일실시예(an embodiment)", "하나의 예(one example)" 또는 "일례(an example)"는 그 실시예 또는 예와 관련되어 설명된 특정한 특징, 구조 또는 성질이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반의 다양한 부분에서 나타나는 "하나의 실시예에 있어서", "일실시예에 있어", "하나의 예" 또는 "일례" 라는 구문 표현들은 반드시 그와 동일한 실시예 또는 예를 언급하는 바는 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 성질은 하나 이상의 실시예 또는 예에서 임의의 적합한 컴비네이션(combinations)들 및/또는 서브컴비네이션(subcombinations)들로 결합될 수 있다. 특정한 특징, 구조 또는 성질이 집적 회로, 전자 회로, 조합 논리 회로, 또는 설명된 기능성을 제공하는 그 밖의 적합한 요소들에 포함될 수 있다. 또한, 여기에 함께 제시된 도면들은 당업자에 대한 설명을 목적으로 하며 도면들은 반드시 비례에 맞게 도시되지는 않았음을 알 것이다.

이제부터 설명하는 바와 같이, 전력 변환기를 위한 예시적 통합된(integrated) 제어기는 폐 루프에서 전력 변환기의 출력 감지와 제어에 의한 제어 출력을 제공한다. 전력 변환기에 포함된 감지 회로는 출력 전압을 나타내는 신호를 제공하기 위해 에너지 트랜스퍼 구성요소의 독립된 와인딩들 간의 자기적 접속에 의존할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 유형의 제어는 종종 "1차측 제어" 또는 1차측 피드백을 이용한 제어라고 불린다.

1차측 피드백이 광결합기에 의한 전력 소모 및 비용을 없앰에도 불구하고, 출력 전압은 스위칭이 없을 때에는 감지될 수 없다. 따라서, 본원의 개시에 따른 예시적 제어기는 감지 회로에 의해 제공되는 신호를 샘플링하기 위한 샘플링 회로를 포함한다. 하나의 예에서, 샘플링 회로는 샘플링된 신호를 저장하기 위한 커패시터를 포함한다. 그 커패시터에 저장된 감지된 신호는 그 후 전력 스위치를 제어하기 위한 제어기의 구동 로직(drive logic)에 의해 수신된다. 그러나, 감지 회로에 의해 제공된 신호는 제한된 시간 동안만 출력 전압을 나타내는데, 특히 경-부하 조건 동안 그러하다.

또한, 경-부하에서 펄스 스키핑(pulse skipping)을 이용하는 제어기의 경우, 감지된 신호를 저장하는 커패시터는 수개의 클록 주기 동안 감지된 신호의 값을 유지할 정도로 충분히 커야 한다. 이후 보다 더 설명하는 바와 같이, 제어기는 클록 신호를 제공하는 오실레이터를 포함한다. 클록 신호의 주파수는 스위치의 스위칭 주파수를 부분적으로 결정할 수 있다. 어떤 작동 조건 하에서는, 스위치는 매 클록 주기 동안 인에이블되고 이에 따라 스위칭 주파수는 실질적으로 클록 주파수와 같게 된다. 그러나, 경 부하 조건 동안에는, 스위치는 매 클록 주기에서 인에이블되지 않고 유효 스위칭 주파수는 클록 주파수보다 낮다. 이에 따라, 감지된 신호를 저장하는 커패시터는 적어도 다음 스위칭 발생 때까지 수개의 클록 주기 동안 감지된 신호의 값을 유지할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다.

따라서, 짧은 시간 내에 감지된 출력 전압을 저장하기 위한 하나의 단일의 큰 커패시터를 축전하기 위해서는 더 많은 전력이 사용되고 설계하기에 복잡한 고속, 고전류 버퍼가 필요할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에서는 감지 회로에 의해 제공된 신호를 감지하고 저장하기 위해 멀티-스테이지 샘플링 회로를 이용한다. 하나의 예에서, 멀티-스테이지 샘플링 회로는 전력 변환기의 출력 전압을 감지하고 저장하기 위해 샘플 및 홀드 스테이지(sample and hold stage)가 뒤따르는 트랙 및 홀드 스테이지(track and hold stage)를 포함한다. 트랙 및 홀드 스테이지는, 감지된 출력 전압을 트래킹(track)하고 그 후 간단한 버퍼를 이용하여 충전된 작은 커패시터 상에 감지된 출력 전압을 유지(hold)하도록 결합한다. 감지된 출력 전압이 보다 더 작은 트랙 및 홀드 커패시터 상에 유지되면, 그런 다음 샘플 및 홀드 스테이지를 이용하여 상기 유지된 값은 보다 더 큰 커패시터(예를 들면, 대략 열 배의 커패시턴스)로 이전된다. 이에 따라, 멀티-스테이지 피드백 회로는 트랙 및 홀드 회로의 작은 커패시터 상에 감지된 출력 전압을 신속히 유지할 수 있고 그 후 감지된 출력 전압을 더 큰 샘플 및 홀드 회로의 커패시터로 이전함으로써, 제어기는 많은 클록 주기 동안 감지된 출력 전압의 값을 유지할 수 있다. 하나의 실시예에서, 트랙 및 홀드 회로의 이용은 제어기가 가능한 가장 최근의 순간에서 감지된 출력 전압의 값을 획득하는 것을 허용한다.

설명을 위한 것으로서, 도 1은 본 발명의 개시에 따른, 제어기(122)를 포함하는 예시적인 전력 변환기(100)를 도시하는 기능적 블록도이다. 도시된 예시적인 전력 변환기(100)는 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104), 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1 (104)의 1차 와인딩(106), 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 2차 와인딩(108), 스위치 S1(110), 입력 리턴(input return)(111), 클램프 회로(112), 정류기(rectifier) D1(114), 출력 커패시터 C1(116), 출력 리턴(output return)(117), 감지 회로(120), 제어기(122), 및 집적 회로(125)를 포함한다. 제어기(122)는 단일 피드백 단자(terminal)(123), 멀티-스테이지 샘플링 회로(132) 및 구동 로직(134)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 1에서는 또한 입력 전압 VIN(102), 출력량 UO, 출력 전압 VO, 출력 전류 IO, 감지 신호 USENSE(124), 전류 감지 신호(126), 구동 신호(128), 및 스위치 전류 ID(130)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 설명 목적을 위해 전력 변환기(100)는 플라이백 토폴로지(flyback topology)를 지닌 전력 변환기로 도시된다. 전력 변환기의 다른 알려진 토폴로지들 및 구조들도 또한 본 발명의 개시로부터 이득을 얻을 수 있을 것으로 이해된다.

전력 변환기(100)는 정류되지 않은 입력 VIN(102)로부터 부하(118)에게 출력 전력을 공급한다. 하나의 실시예에서 입력 VIN(102)는 정류되고 필터링된 교류 라인 전압이다. 다른 실시예에서는, 입력 전압 VIN(102)는 직류 입력 전압이다. 입력 VIN(102)는 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)에 결합된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)은 결합된 인덕터(inductor)일 수 있다. 본 발명의 다른 일부 실시예들에서는, 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)은 변압기(transformer)일 수 있다. 도 1의 예에서, 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)은 두 와인딩, 즉 1차 와인딩(106) 및 2차 와인딩(108)을 포함한다. NP 및 NS는 각각 1차 와인딩(106) 및 2차 와인딩(108)에 대한, 각각의 감은 회수(number of turns)이다. 도 1의 예에서, 1차 와인딩(106)은 입력 와인딩으로 인식될 수 있고, 2차 와인딩(108)은 출력 와인딩으로 인식될 수 있다. 1차 와인딩(106)은 전력 스위치 S1(110)에 또한 결합될 수 있는데, 이는 그 후 입력 리턴(111)에 또한 결합될 수 있다. 또한, 클램프 회로(112)가 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 1차 와인딩(106)의 양단에 결합된다.

에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 2차 와인딩(108)은 정류기 D1(114)에 결합된다. 도 1에 도시된 예에서, 정류기 D1(114)이 다이오드로 예시되어 있고 2차 와인딩(108)은 그 다이오드의 애노드(anode)에 결합되어 있다. 그러나, 일부 실시예들에서는 정류기 D1(114)은 동기식(synchronous) 정류기로서 사용된 트랜지스터일 수도 있다. 출력 커패시터 C1(116) 및 부하(118) 양쪽 모두 정류기 D1(114)에 접속된다. 도 1의 예에서, 출력 커패시터 C1(116) 및 부하(118) 양쪽 모두 다이오드의 캐소드(cathode)에 접속된다. 출력은 부하(118)에 제공되고 출력 전압 VO, 출력 전류 IO, 또는 이 둘의 조합 중 어느 하나로서 제공될 수 있다.

전력 변환기(100)는 출력량 UO로 예시된 출력을 제어하는 회로를 더 포함한다. 감지 회로(120)는 출력량 UO를 감지하고 또한 감지 신호 USENSE(124)를 제공하도록 결합되는데, 이는 출력량 UO를 나타낸다. 이하에서 더 구체적으로 설명될 바와 같이, 감지 회로(120)는 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 추가적 와인딩으로부터 출력량을 감지할 수 있다. 다른 실시예에서, 감지 회로(120)는 광결합기와 같은 회로를 통하여 전력 변환기(100)의 출력으로부터 직접 출력량 UO을 감지할 수 있다. 일반적으로, 출력량 UO는 출력 전압 VO, 출력 전류 IO, 또는 이 둘의 조합 중 어느 하나이다.

제어기(122)는 감지 회로(120)에 결합되고 수 개의 단자들을 포함할 수 있다. 단자(123)에서, 제어기(122)는 감지 회로(120)로부터 감지 신호 USENSE(124)를 수신한다. 제어기(122)는 전류 감지 신호(126)를 수신하고 스위치 S1(110)에게 구동 신호(128)를 제공하기 위한 단자들을 더 포함한다. 전류 감지 신호(126)는 스위치 S1(110) 내 스위치 전류 ID(130)를 나타낼 수 있다. 또한, 제어기(122)는 다양한 스위칭 매개변수들(parameters)을 조절하기 위해 스위치 S1(110)에게 구동 신호(128)을 제공한다. 그러한 매개변수들의 예로는 스위칭 주파수, 스위칭 기간, 듀티 사이클, 또는 스위치 S1(110)의 각각의 온 시간(on time) 및 오프 시간(off time)을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제어기(122)는 멀티-스테이지 샘플링 회로(132) 및 구동 로직(134)을 포함한다. 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)는 감지 신호 USENSE(124)를 수신하도록 결합된다. 멀티-스테이지 샘플링 회로의 출력은 그 후 구동 로직(134)에 결합되어 그에 의해 수신된다. 멀티-스테이지 샘플링 회로의 출력에 응답하여 구동 로직(134)은 또한 전류 감지 신호(126)를 수신하고 구동 신호(128)를 출력한다. 일부 실시예들에서는, 구동 로직(134)은 전류 감지 신호(126)에 응답하여 구동 신호(128)를 또한 출력한다.

도 1의 예에서, 입력 전압 VIN(102)는 입력 리턴(111)과 관련하여 양(positive)이고, 출력 전압 VO(120)은 출력 리턴(117)과 관련하여 양(positive)이다. 도 1의 예는 입력 리턴(111)과 출력 리턴(117) 간의 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 나타낸다. 즉, 입력 리턴(111)과 출력 리턴(117) 간에 인가되는 직류 전압은 실질적으로 영(zero) 전류를 공급하게 될 것이다. 따라서, 1차 와인딩(106)에 전기적으로 결합된 회로들은 2차 와인딩(108)에 전기적으로 결합된 회로들로부터 갈바닉 절연되어(galvanically isolated) 있다.

작동 중, 도 1의 전력 변환기(100)는 제어되지 않은 입력 VIN(102)로부터 부하(118)에 출력 전력을 공급한다. 전력 변환기(100)는 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)를 이용하여 1차 와인딩(106)과 2차 와인딩(108) 간 에너지를 변환한다. 클램프 회로(112)는 스위치 S1(110) 상의 최대 전압을 제한하기 위해 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 1차 와인딩(106)에 결합된다. 스위치 S1(110)는 제어기(122)로부터 수신된 구동 신호(128)에 응답하여 열리고 닫힌다. 닫힌 스위치는 전류를 전도할 수 있고 켜졌다고 인식되며, 반면에 열린 스위치는 전류를 전도할 수 없고 꺼졌다고 인식되는 것으로 일반적으로 이해된다. 도 1의 예에서, 스위치 S1(110)은 전력 변환기(100)의 지정된 성능을 충족시키기 위해 제어기(122)에 응답하여 전류 ID(130)을 제어한다. 일부 실시예들에서는, 스위치 S1(110)은 트랜지스터일 수 있고 제어기(122)는 집적 회로 및/또는 불연속 전기 구성요소들을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서 제어기(122) 및 스위치 S1(110)은 단일 집적 회로(125) 안에 함께 포함된다. 하나의 예에서, 집적 회로는 모놀리식(monolithic) 집적 회로이다. 다른 예에서, 집적 회로는 하이브리드(hybrid) 집적 회로이다.

스위치 S1(110)의 작동은 또한 1차 와인딩(106) 양단에 걸리는 시간 변동(time varying) 전압 VP을 발생시킨다. 변환 동작에 의하여, 전압 VP의 스케일 된(scaled) 복제(replica)가 2차 와인딩(108) 양단에 생성되는데, 그 스케일 인자는 2차 와인딩(108)의 감은 횟수 NS를 1차 와인딩(106)의 감은 횟수 NP로 나눈 비율이다. 스위치 S1(110)의 스위칭은 또한 정류기 D1(114)에서 맥동하는(pulsating) 전류를 발생시킨다. 정류기 D1(114)에서의 전류는 부하(118)에서 실질적으로 일정한 출력 전압 VO, 출력 전류 IO, 또는 이 둘의 조합을 발생시키기 위해 출력 커패시터 C1(116)에 의하여 필터링된다.

감지 회로(120)는 제어기(122)에게 감지 신호 USENSE(124)를 제공하기 위해 출력량 UO을 감지한다. 도 1의 예에서, 제어기(122)는 또한 스위치 S1(110) 내 감지된 스위치 전류 ID(130)를 릴레이(relay)하는 전류 감지 입력(126)을 수신한다. 스위치 전류 ID(130)은 다양한 방식으로 감지될 수 있는데, 예를 들면 불연속 저항 양단의 전압 또는 트랜지스터가 전도 중일 때 트랜지스터 양단의 전압 등이 있다.

제어기(122)는 원하는 값에 맞게 출력량 UO를 충분히 제어하기 위한 다양한 시스템 입력에 반응하여 스위치 S1(110)을 작동시키도록 구동 신호(128)를 출력한다. 감지 회로(120) 및 제어기(122)의 사용과 함께, 전환된 모드 전력 변환기(100)의 출력은 폐 루프에서 제어된다. 제어기(122)는 또한 감지 신호 USENSE(124)에 의해 제공된 출력량 UO를 수신하고 저장하기 위해 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)를 포함한다. 저장된 출력량 UO는 그 후 구동 로직(134)으로 출력된다. 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)는 출력량 UO를 신속히 저장하고 고속, 고가의 버퍼를 사용함 없이 수개의 클록 주기 동안 출력량 UO를 유지하는 방법을 제공한다.

도 2는 본 발명의 개시에 따른, 1차-기준 와인딩(예를 들면, 바이어스 와인딩)(206)을 포함하는 감지 회로(120)를 포함한 예시적인 전력 변환기(200)를 설명하는 기능적 블록도이다. 전력 변환기(200)는 하나의 가능한 전력 변환기(100)의 구현이고 가능한 감지 회로(120)와 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)에 대한 더 구체적인 사항들을 제공한다. 도 2에서는, 예시적인 감지 회로(120)가 바이어스 와인딩(206) 및 저항 R1(208) 및 R2(210)를 포함하는 것으로서 도시된다. 바이어스 와인딩(206)은 에너지 트랜스퍼 구성요소 T1(104)의 추가적인 와인딩일 수 있다. 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)의 도시된 예는 트랙 및 홀드 회로(220)와 샘플 및 홀드 회로(222)를 포함하는 것으로서 도 2에 도시된다.

도시된 실시예에서, 감지 회로(120)는 감지 신호 USENSE(124)를 제공한다. 저항 R1(208) 및 R2(210)는 바이어스 와인딩(206)의 양단에 결합된다. 바이어스 와인딩(206) 및 저항 R2(210)은 입력 리턴(111)에 결합된다. 도시된 예에서, 저항 R2(210) 양단의 전압(피드백 전압 VFB)은 감지 신호 USENSE(124)로서 이용된다. 피드백 전압 VFB는 단자(123)에서 제어기(122) 및, 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)에 의해 수신된다.

작동 중, 바이어스 와인딩(206)은, 2차 와인딩(108) 상의 정류기 D1(114)가 전도할 때 출력 전압 VO에 응답하는 전압 VB을 발생시킨다. 피드백 전압 VB 및 감지 신호 USENSE(124)는 스위치 S1(110)의 오프 시간의 적어도 일부 동안의 출력 전압 VO을 나타낸다. 하나의 실시예에서, 감지 신호 USENSE(124)는 오직 오프 시간의 일부 동안만의 출력 전압 VO을 나타낸다. 스위치 S1(110)의 온 시간 동안, 바이어스 와인딩(206)은 입력 전압 VIN(102)에 응답하는 전압 VB를 발생시킨다. 또 다른 실시예에서, 바이어스 와인딩(210)은 또한 제어기(122) 내의 회로들에게 전력원을 공급할 수 있다. 저항 R1(208) 및 R2(210)는 바이어스 와인딩(206)의 전압을 강압하기(scale down) 위해 이용된다. 이에 따라, 피드백 전압 VFB는 바이어스 전압 VB의 스케일된 버전이다.

출력 전압 VO을 감지하고 또한 갈바닉 절연을 유지하면서 제어기에 전력을 공급하는 동안 감지를 제공하는 바이어스 와인딩의 이용에는 많은 변형이 가능하다고 이해된다. 예를 들면, 바이어스 와인딩은 정류기 D1(114) 및 커패시터 C1(116)와 유사한 정류기 및 커패시터를, 각각, 정류기의 애노드로부터 교류 피드백 신호를 공급하는 동안 직류 바이어스 전압을 생성하기 위해 적용할 수 있다. 이에 따라, 와인딩으로부터의 전압을 제어기(122)에 의해 수신되는 데 더 적합한 값으로 스케일링하기 위해 저항 등의 추가적인 수동 소자가 바이어스 와인딩 상에 이용될 수 있다.

출력 전압 VO를 감지하기 위한 바이어스 와인딩(206)의 이용은 광결합기의 비용 없이 출력 전압 VO와 제어기(122) 사이의 갈바닉 절연을 제공한다. 그러나, 출력 전압 VO를 감지하기 위해 에너지 트랜스퍼 구성요소(104)의 와인딩을 사용할 때, 바이어스 와인딩(206)에서의 전압 VB는 오직 출력 정류기 D1(114)가 전도 중일 때만의 출력 전압 VO을 나타낸다. 즉, 감지 회로(120)는 오직 스위치 S1(110)의 오프 시간 동안의 출력 전압 VO만을 감지할 수 있다. 그러나, 스위치 S1(110)의 스위칭 주파수가 높을 때에는(더 짧은 스위칭 기간에 대응하여), 전력 변환기의 출력을 감지하는 데에는 더 짧은 시간이 걸린다. 이후 더 도시하는 바와 같이, 전압 VB는 출력 전압 VO을 나타내고 그 후 스위칭 주기의 오프 시간 동안 영(zero)으로 떨어진다. 부하가 더 가벼울수록, 출력 전압 VO은 더 빨리 오프 시간 동안 영(zero)으로 떨어진다. 이에 따라, 또한 전력 변환기(200)의 출력 전압 VO을 감지하는 데에는 더 짧은 시간이 걸린다. 본 발명의 실시예들에서는, 많은 스위칭 주기에 걸쳐 큰 커패시터 상의 피드백 전압 VFB를 유지하는 동안, 고속, 고전류 버퍼를 필요로 하지 않고, 가장 최근의 가능한 시간에서의 감지 신호 USENSE(124)(즉, 피드백 전압 VFB)의 값을 신속히 획득하기 위해 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)를 이용한다. 이후 또한 설명하는 바와 같이, 피드백 전압 VFB는 트랙 및 홀드 회로(220)에 의해 트래킹되고 피드백 전압 VFB의 값은 작은 커패시터 상에 신속히 유지된다. 한번 값이 유지되면, 피드백 전압 VFB의 값은, 샘플 및 홀드 회로(222)를 통하여, 많은 스위칭 주기 및 클록 주기 동안 값을 유지할 수 있는 더 큰 커패시터로, 실제 피드백 전압 VFB의 상태에 대한 우려 없이 이전된다.

도 3은 본 발명의 개시에 따른 예시적인 제어기(322)를 도시하는 기능적 블록도이다. 제어기(322)는 도 1 및 2에서 도시된 제어기(122)의 하나의 가능한 구현이다. 제어기(322)의 도시된 예는 단자(123), 구동 로직(예를 들면, 펄스-폭 변조(PWM) 회로(302)), 오실레이터(304), 트랙 및 홀드 회로(306), 샘플 및 홀드 회로(308), 및 적응형 샘플링 타이머(adaptive sampling timer)(312)를 포함한다. PWM 회로(302)는 래치(latch)(316), 전류 제한 발생기(317), 및 비교기(314)를 포함하는 것으로 도시된다. 트랙 및 홀드 회로(306)는 트랙 및 홀드 커패시터(318), 트랙 및 홀드 스위치 S2, 저항(320), 및 버퍼(324)를 포함하는 것으로 도시된다. 샘플 및 홀드 회로(308)는 샘플 및 홀드 커패시터(330), 샘플 및 홀드 스위치 S3, 및 버퍼(332)를 포함하는 것으로 도시된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 트랙 및 홀드 회로(306)는 감지 신호 USENSE(124)를 수신하기 위한 단자(123)에 접속된다. 트랙 및 홀드 회로(306) 내에서, 버퍼(324)가 단자(123)로부터 감지 신호 UFB(124)를 수신하도록 결합된다. 버퍼(324)는 또한 저항(320)이 스위치 S2에 접속된 동안 저항(320)에 결합된다. 스위치 S2는 트랙 및 홀드 회로(306)가 인에이블 신호 SW2_EN에 응답하여 버퍼(324)로부터 출력되는 값을 트래킹할지 또는 유지할지를 제어하도록 결합된다. 예를 들면, 스위치 S2가 인에이블될 때(즉, 닫힐 때), 커패시터(318) 양단의 전압은 버퍼(324)의 출력을 트래킹한다. 유사하게, 스위치 S2가 디스에이블될 때(즉, 열릴 때), 커패시터(318) 양단의 전압이 유지된다.

도 3에 도시된 예에서, 샘플 및 홀드 회로(308)는 트랙 및 홀드 회로(306)의 출력에 결합된다. 버퍼(332)는 트랙 및 홀드 회로(306)의 출력을 수신하도록 결합되고 또한 스위치 S3에도 결합된다. 스위치 S3는 또한 샘플 및 홀드 커패시터(330)에 결합되고, 샘플 및 홀드 회로(308)가 인에이블 신호 SW3_EN에 응답하여 버퍼(332)로부터 출력된 값을 샘플링할지 또는 유지할지를 제어하도록 결합된다. 예를 들면, 스위치 S3이 인에이블될 때(즉, 닫힐 때), 커패시터(330) 양단의 전압은 샘플 기간에 걸쳐 버퍼(332)의 출력을 통합한다(integrate). 유사하게, 스위치 S3이 샘플 기간의 종료로 디스에이블될 때(즉, 열릴 때), 커패시터(330) 양단의 전압이 유지된다. 하나의 실시예에서, 커패시터(330)의 커패시턴스 값은 커패시터(318)의 커패시턴스 값보다 훨씬 더 크다. 예를 들면, 커패시터(330)는 커패시터(318)에 비해 대략 10배의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 커패시터(318)는 감지 신호 USENSE(124)를 신속히 트래킹하고 획득할 정도로 충분히 작고, 동시에 커패시터(318)는 스위치 S1(110)의 많은 클록 주기 동안 감지 신호 USENSE(124)의 값(하나의 실시예에서는 도 2의 피드백 전압 VFB)을 저장하고 유지할 정도로 충분히 크다. 예를 들면, 커패시터(318)는 대략 5pF일 수 있고 커패시터(330)는 대략 50pF일 수 있다. 커패시터(330)의 값은 고온 및 출력 제어에 대한 구체적 상황에서의 과정 누전(process leakage)에 따라 달라질 수 있다.

샘플 및 홀드 회로(308)의 출력에 PWM 회로(302)가 접속된다. PWM 회로(302)는 스위치 S1(110)을 제어하기 위한 구동 신호(128)를 발생시켜 샘플 및 홀드 회로의 출력(즉, 커패시터(330) 상에 유지된 전압) 및 전류 감지 신호(126)에 응답하여 전력 변환기의 출력을 제어한다. 특히, 전류 제한 발생기(317)는 커패시터(330)에 결합되고 커패시터(330) 상에 유지된 값에 응답하여 다양한 전류 제한 임계치(319)를 출력한다. 하나의 실시예에서, 전류 제한 발생기(317)는 커패시터(330) 상에 유지된 값으로 표시된 샘플링된 출력 전압과, 기준 값 간의 차이를 증폭하기 위한 오류 증폭기(error amplifier)(도시되지 않음)를 포함한다. 오류 증폭기의 출력은 그 후 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건을 나타내는 전류 제한 임계치로 변환될 수 있다. 예를 들면, 고 전류 제한 임계치는 중(heavy) 부하 조건을 나타낼 수 있으며, 반면에 저 전류 제한 임계치는 출력에서의 경(light) 부하 조건을 나타낼 수 있다.

비교기(314)는 다양한 전류 제한 임계치(319)와 전류 감지 신호(126)를 비교하고 스위치 S1(100)(도 2 참조)을 디스에이블시키도록 결합된다. 비교기(314)는 래치(316)의 리셋-입력(reset-input)에 접속되고 래치(316)는 전류 감지 신호(126)가 전류 제한 임계치(319)를 초과할 때 리셋된다. 래치(316)는 또한 래치(316)의 설정된 입력(set-input)에서 수신된 클록 신호에 의하여 각 스위칭 기간마다 스위치 S1(110)을 인에이블시키도록 결합된다. 하나의 실시예에서, 오실레이터(304)의 주파수는 또한 스위치 S1(110)의 스위칭 주파수이다. 그러나, 이것은 경 부하 작동 동안에는 반드시 사실인 것은 아니다. 하나의 실시예에서, 오실레이터(304)는 고정된 주파수를 가진 클록 신호를 발생시키고 그에 따라 각 스위칭 주기의 스위칭 기간 T는 고정된다. 경 부하 조건 동안, 전력 스위치 S1(110)은 매 클록 주기마다 인에이블되지는 않고 유효 스위칭 주파수는 클록 주파수보다 낮다. 따라서, 커패시터(330)는 적어도 다음 스위칭 발생까지 수개의 클록 주기 동안 감지된 신호의 값을 유지할 수 있을 정도로 충분히 커야만 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(322)는 또한 적응형 샘플링 타이머(312)를 포함한다. 적응형 샘플링 타이머(312)는 트랙 및 홀드 회로(306)와 샘플 및 홀드 회로(308)의 동작을 제어하기 위한 멀티 타이밍 신호를 발생시키는데 이용될 수 있는 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL를 발생시키도록 적응된다. 예를 들면, 적응형 샘플링 타이머(312)의 도시된 예는 인에이블 신호 SW2_EN 및 인에이블 신호 SW3_EN을 발생시키는데 이용되는 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 제공하도록 결합된다. 전술한 바와 같이, 감지 신호 USENSE(124)는 오직 전력 스위치 S1이 꺼진 시간의 일부 동안만의 출력 전압을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 적응형 샘플링 타이머(312)는 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 발생시킬 수 있고 그에 따라 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL의 논리 하이(logic high) 섹션의 길이는 언제 감지 신호 USENSE(124)가 출력 전압에 관한 정보를 제공하는지를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 적응형 샘플링 타이머(312)는 트랙 및 홀드 회로(306)를 제어하고 그에 따라 커패시터(318)는 오직 이 일부의 시간(즉, 스위치 S1이 꺼져서 감지 신호 USENSE(124)가 출력 전압을 나타내는 시간) 동안만 감지 신호 USENSE(124)를 트래킹하게 된다. 이러한 일부의 시간은 이하 적응형 샘플링 시간(adaptive sampling time)(예를 들면, AST_SIGNAL이 논리 하이일 때)이라고 불릴 수 있다. 이에 따라, 적응형 샘플링 시간은 감지 신호 USENSE(124)가 출력 전압을 나타낼 수 있는 시간의 적어도 일부이다.

하나의 실시예에서, 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL은 구동 신호에 기초하여 논리 하이 값으로 펄싱된다. 도 2에 도시된 예의 경우, 감지 신호 USENSE(124)는 오프 시간 동안의 출력 전압 VO를 나타낸다. 이에 따라, 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL은 스위치 S1(110)의 오프 시간 동안 논리 하이 값으로 펄싱한다. 논리 하이 섹션(즉, 적응형 샘플링 시간)의 길이는 부하 조건들에 기초할 수 있다. 또한, 적응형 샘플링 타이머(312)는 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 발생시킬 수 있고 이에 따라 스위치 S2는 전력 스위치 S1(110)이 꺼진 이후에 고정된 지연 시간(예를 들면, 0.22㎲) 동안 켜져서(즉, 닫혀서), 전력 스위치 S1이 꺼지고 내려진(subside) 후에 즉시 발생할 수 있는 감지 신호 USENSE(124)의 링잉(ringing)을 허용한다.

또한, 감지 신호 USENSE(124)가 출력 전압을 나타내는 시간의 분량은 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건의 함수로서 달라질 수 있다(예를 들면, 1.2 - 2.5㎲ 사이). 예를 들면, 경-부하 조건의 경우 감지 신호 USENSE(124)가 출력 전압을 나타내는 시간의 분량은 중-부하 조건일 때 걸리는 시간보다 더 짧다. 이에 따라, 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건을 나타내는 부하 조건 신호 ULOAD에 응답하여 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 발생시키도록 적응형 샘플링 타이머(312)가 결합된다. 이에 따라, 하나의 실시예에서, 적응형 샘플링 타이머(312)는, 적응형 샘플링 시간(예를 들면, 스위치 S2가 닫힌 시간)이 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건의 함수로서 변동하도록(예를 들면, 1.2-2.5㎲ 사이) 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 발생시킨다.

하나의 실시예에서, 각각의 타이밍 신호 SW2_EN 및 SW3_EN은 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL에 응답하여 고정된 시간의 기간 동안 파동을 보낸다. 비록 도시되진 않았지만, 단안정(monostable) 다중진동기(multivibrators)가 인에이블 신호 SW2_EN 및 SW3_EN을 발생시키는 데에 이용될 수 있다. 또한, 인에이블 신호 SW2_EN 및 SW3_EN은 적응형 샘플링 시간의 종료에 응답하여 파동을 보낸다. 하나의 예에서, 인에이블 신호 SW2_EN은 적응형 샘플링 시간의 종료에서 논리 로우(logic low) 값으로 떨어진다. 또한, 인에이블 신호 SW3_EN은 적응형 샘플링 시간의 종료에서 논리 하이 값으로 펄싱된다. 이에 따라, 트랙 및 홀드 회로(306)가 커패시터(318) 상에 값을 유지하는 시간과 샘플 및 홀드 회로(308)가 샘플링하는 시간은 또한 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건들에 응답한다.

전술한 바와 같이, 다양한 전류 제한 임계치(319)는 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건을 나타낸다. 이에 따라, 하나의 실시예에서 적응형 샘플링 타이머(312)는 전류 제한 임계치 발생기(317)의 출력을 수신하도록 결합되고 부하 조건 신호 ULOAD는 다양한 전류 제한 임계치(319)이다. 다른 실시예에서는, 오류 전압(전류 제한 발생기(317) 내의 오류 증폭기의 출력)이 부하 조건들을 결정하기 위한 부하 신호 ULOAD로서 이용될 수 있다. 이들 예에서, 적응형 샘플링 타이머(312)는 전력 스위치 S1(110)의 오프에 응답하여 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 발생시킨다. 하나의 예에서, 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL이 논리 하이 값으로 펄싱됨에 따라, 스위치 S1(110)의 오프에 응답하여 커패시터(적응형 샘플링 타이머(312) 내에 포함됨)를 충전함으로써 적응형 샘플링 타이머(312)가 시작된다. 커패시터를 충전하기 위해 이용된 전류는 고정 전류원과 전류 제한 임계치를 나타내는 전류 간의 차이이다. 일단 커패시터 상의 전압이 기준 전압까지 증가하고 나면, 적응형 샘플링 타이머(312)는 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL을 도로 논리 로우 값으로 변환한다. 이에 따라, 전류 제한 임계치가 감소함에 따라, 적응형 샘플링 타이머(312) 내에 포함된 커패시터를 충전하기 위해 이용된 전류는 증가한다. 이런 이유로, 커패시터가 충전하는데 걸리는 시간 및 적응형 샘플링 시간은 경-부하의 경우 감소한다. 적응형 샘플링 타이머(312)는 또한, 타이밍 신호 SW2_EN 및 SW3_EN을 발생시키기 위한 적응형 샘플링 타이머 신호 AST_SIGNAL에 의해 촉발되는 하나 이상의 단안정 다중진동기(예를 들면, 원-샷(one-shots))를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 개시에 따른, 예시적인 전압 및 전류 파형 및, 도 3의 제어기(322) 내에 포함된 것 등과 같은, 예시적인 멀티-스테이지 샘플링 회로와 관련된 클록 신호들을 도시한다. 도 4의 파형들과 클록 신호들은 또한 도 1-3에 대한 참조들과 함께 설명된다.

바이어스 와인딩 전압 VB 및 구동 신호 파형들은 도 4의 상단에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 바이어스 와인딩 전압 VB(및 이에 따라 피드백 전압 VFB)는 스위치 S1의 온 시간(on time) 동안(예를 들면, 구동 신호가 하이(HIGH)일 때) 전력선 입력(line input) 전압 VIN을 나타내고, 스위치 S1의 오프 시간(off time) 동안(예를 들면, 구동 신호가 로우(LOW)일 때) 출력 전압 VO을 나타낸다. 스위칭 주기 T1의 시작에서, AST_SIGNAL은 로우이다. 또한, 인에이블 신호 SW2_EN은 로우이고 커패시터(318)는 감지 신호 USENSE(124)를 트래킹하지 않을 것이다. 스위칭 주기 T1의 시작에서, 감지 신호 USENSE(124)는 바이어스 와인딩 전압 VB를 경유하는 입력 전압 VIN을 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 스위치가 최초로 꺼질 때 바이어스 와인딩 전압 내 링잉(ringing)이 있다. 따라서, 적응형 샘플링 타이머(312)는 AST_SIGNAL의 어써팅(asserting)을 지연시켜 링잉이 먼저(first) 내려앉는 것을 허용하게 할 수 있다. 하나의 실시예에서, AST_SIGNAL을 어써팅하기 이전의 이러한 지연 및 인에이블 신호 SW2_EN은 고정된 지연이다. 한번 AST_SIGNAL이 어써팅되면(즉, 논리 하이로의 전환), 인에이블 신호 SW2_EN은 논리 하이 값으로 변환되고 커패시터(318)는 이제 피드백 전압 VFB를 경유하는 출력 전압을 나타내는 감지 신호 USENSE(124)를 트래킹하기 시작한다.

바이어스 와인딩 전압 VB가 영(zero)으로 떨어지기 이전 시간의 분량은 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건들에 기인한다. 따라서, 바이어스 와인딩 전압 VB가 출력 전압 VO를 나타내는 시간 분량 또한 부하 조건들에 따라 달라진다. 예를 들면, 부하가 더 가벼울수록, 바이어스 와인딩 전압 VB가 출력 전압을 나타내는 시간은 더 짧다. 이에 따라, 적응형 샘플링 타이머(312)는 이러한 부하 조건들에 응답하는 적응형 샘플링 시간(402)를 제공하여 멀티-스테이지 샘플링 회로(132)에게 유효한 피드백 정보가 제공되도록 허용한다.

적응형 샘플링 시간(402)의 종료에서, AST_SIGNAL은 논리 로우로 전환된다. 또한 적응형 샘플링 시간(402)의 종료에서, 인에이블 신호 SW2_EN 또한 트랙 및 홀드 커패시터(318) 상에 값을 유지하기 위해 논리 로우로 전환된다. 스위치 S2는 적응형 샘플링 시간(402)의 종료에서 열려서(즉, 디스에이블되어서), 부분적으로, 감지 신호 USENSE(124) 내의 링잉이 이 시간에서 내려앉아 버렸다는 사실 때문에 출력 전압의 더 정확한 표시가 트랙 및 홀드 커패시터(318) 상에 유지된다는 점을 확실히 한다.

적응형 샘플링 시간(402)의 종료에서, 인에이블 신호 SW3_EN은 논리 하이 값으로 전환된다. SW3_EN이 스위치 S3을 인에이블하도록 논리 하이 값으로 전환할 때, 커패시터(330)는 트랙 및 홀드 커패시터(318) 상에 유지된 값을 샘플링하기 시작한다. 커패시터(330)는 샘플링 기간(즉, SW3_EN 신호가 HIGH인 시간)에 걸쳐 트랙 및 홀드 커패시터(318) 상에 유지된 값을 통합한다. 하나의 실시예에서, SW3_EN 신호가 HIGH인 시간은 고정된 기간이다. 샘플 및 홀드 회로(308)의 샘플링 기간의 종료에서, 트랙 및 홀드 커패시터(318) 상에 유지된 값은 이제 전력 변환기의 출력의 제어시에 구동 로직(302)에 의해 이용되도록 커패시터(330) 상에 유지된다. 시간의 경과에 따라, 커패시터는 방전하게 되고 커패시터 상에 저장된 값(즉, 전압)을 잃는다. 큰 커패시터는 작은 커패시터보다 더 오래 그 값을 유지하게 된다. 전술한 바와 같이, 커패시터(330)의 커패시턴스 값은 크고(예를 들면, 50pF), 그에 따라 커패시터(330) 상에 유지된 샘플링은 수개의 클록 주기 동안 유효하다. 이에 따라, 구동 로직(302)은 심지어 스위칭이 없을 때에도 유효한 피드백 정보를 계속하여 얻을 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 샘플 및 홀드 회로(308)에 의한 샘플링은 심지어 바이어스 와인딩 전압 VB 및, 그에 따른 감지 신호 USENSE(124)가 더 이상 출력 전압을 나타내지 않는 이후에도 발생할 수 있다.

본 발명의 도시된 예들에 대한 상기 설명은, 요약서에서 설명된 것을 포함하여, 포괄적이거나 또는 개시된 대로의 정확한 형태로 제한적이도록 의도되지는 않았다. 본 발명의 특정한 실시예 및 예들이 여기에서 설명의 목적으로 설명되었지만, 본 발명의 보다 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 균등한 변경들이 가능하다. 실제로, 특정 전압, 전류, 주파수, 전력 범위 값, 시간 등은 설명의 목적으로 제공된 것이며 다른 값들도 본 발명의 개시에 따른 다른 실시예 및 예들 내에서 채택될 수 있는 것으로 이해된다.

이러한 변경들은 상기 구체적인 설명을 고려하여 본 발명의 예들에 대해 행해질 수 있다. 다음의 청구항들 내에서 사용된 용어들은 명세서 및 청구항 내에서 개시된 특정한 실시예들로 발명을 제한하도록 해석되어선 안 된다. 오히려, 그 범위는 다음의 청구항들에 의해 전체적으로 결정되어야 하고, 이는 청구항 해석의 확립된 원칙에 부합하도록 해석되어야 한다. 이에 따라 본 상세한 설명 및 도면들은 제한적이라기보다 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims

전력 변환기를 위한 집적 회로 제어기로서,
상기 제어기의 단일 단자로부터 신호를 수신하도록 결합되는 트랙 및 홀드 회로(track and hold circuit) - 상기 신호는 제1 스위치의 오프 시간(off time)의 적어도 일부 동안 상기 전력 변환기의 출력 전압을 나타내며, 상기 트랙 및 홀드 회로는 상기 제1 스위치의 상기 오프 시간의 상기 일부 동안 상기 신호를 트래킹(track)하고 상기 오프 시간의 상기 일부의 종료시에 제1 전압을 유지(hold)하는 상기 제1 전압을 공급하도록 결합된 제1 커패시터를 포함함 -;
상기 트랙 및 홀드 회로에 결합되어, 상기 제1 전압이 상기 제1 커패시터 상에 유지될 때 상기 제1 전압을 샘플링(sample)하는 샘플 및 홀드 회로(sample and hold circuit) - 상기 샘플 및 홀드 회로는 상기 제1 스위치의 다음 온 시간(on time) 전에 종료하는 샘플링 기간에 걸쳐 상기 제1 커패시터의 출력을 통합하고 샘플링 기간 이후 상기 제1 전압을 나타내는 제2 전압을 유지하도록 결합된 제2 커패시터를 포함하며, 상기 제2 커패시터는 상기 제1 커패시터보다 큰 커패시턴스 값을 가짐 -; 및
상기 샘플 및 홀드 회로에 결합된 구동 로직(drive logic) - 상기 구동 로직은 상기 제2 전압에 응답하여 상기 전력 변환기의 출력을 조절하기 위해 상기 제1 스위치를 제어하도록 결합됨 -
을 포함하고,
상기 구동 로직은,
상기 제2 전압에 응답하여 다양한 전류 제한 임계치를 발생시키도록 상기 제2 커패시터에 결합된 전류 제한 발생기; 및
상기 제1 스위치 내의 스위치 전류를 나타내는 전류 감지 신호와 상기 다양한 전류 제한 임계치를 비교하는 것에 응답하여, 상기 제1 스위치의 온 시간 동안 상기 제1 스위치를 디스에이블시키도록 결합된 비교기
를 포함하는 집적 회로 제어기.
제1항에 있어서, 상기 단일 단자로부터 수신된 상기 신호는, 상기 샘플 및 홀드 회로가 상기 제1 커패시터 상에 유지된 상기 제1 전압을 샘플링할 때 상기 전력 변환기의 출력 전압을 나타내지 않는 집적 회로 제어기.
제1항에 있어서, 상기 트랙 및 홀드 회로는 상기 제1 커패시터에 결합된 트랙 및 홀드 스위치를 더 포함하고, 상기 제1 전압은, 상기 트랙 및 홀드 스위치가 인에이블될 때 트래킹하고 상기 트랙 및 홀드 스위치가 디스에이블될 때 유지하는 집적 회로 제어기.
제3항에 있어서, 상기 트랙 및 홀드 스위치를 제어하도록 상기 트랙 및 홀드 회로에 결합된 적응형 샘플링 타이머(adaptive sampling timer)를 더 포함하는 집적 회로 제어기.
제4항에 있어서, 상기 적응형 샘플링 타이머는 상기 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건에 응답하여 상기 트랙 및 홀드 스위치를 디스에이블시켜 상기 제1 커패시터 상에 상기 제1 전압을 유지하도록 적응되는 집적 회로 제어기.
제4항에 있어서, 상기 샘플 및 홀드 회로는 상기 제2 커패시터에 결합된 샘플 및 홀드 스위치를 더 포함하고, 상기 샘플링 기간은 상기 샘플 및 홀드 스위치가 인에이블될 때 시작되고 상기 샘플 및 홀드 스위치가 디스에이블될 때 상기 제2 전압이 상기 제2 커패시터 상에 유지되는 집적 회로 제어기.
제1항에 있어서, 상기 제1 스위치가 상기 집적 회로 제어기 내에 포함되는 집적 회로 제어기.
전력 변환기로서,
에너지 트랜스퍼 구성요소(energy transfer element);
상기 에너지 트랜스퍼 구성요소에 결합되어 상기 에너지 트랜스퍼 구성요소를 통하는 에너지의 트랜스퍼를 제어하는 제1 스위치; 및
상기 제1 스위치에 결합된 제어기
를 포함하고, 상기 제어기는,
상기 제어기의 단일 단자로부터 신호를 수신하도록 결합되는 트랙 및 홀드 회로 - 상기 신호는 제1 스위치의 오프 시간의 적어도 일부 동안 상기 전력 변환기의 출력 전압을 나타내며, 상기 트랙 및 홀드 회로는 상기 제1 스위치의 상기 오프 시간의 상기 일부 동안 상기 신호를 트래킹하고 상기 오프 시간의 상기 일부의 종료시에 제1 전압을 유지하는 상기 제1 전압을 공급하도록 결합된 제1 커패시터를 포함함 -;
상기 트랙 및 홀드 회로에 결합되어, 상기 제1 전압이 상기 제1 커패시터 상에 유지될 때 상기 제1 전압을 샘플링하는 샘플 및 홀드 회로 - 상기 샘플 및 홀드 회로는 상기 제1 스위치의 다음 온 시간 전에 종료하는 샘플링 기간에 걸쳐 상기 제1 커패시터의 출력을 통합하고 샘플링 기간 이후 상기 제1 전압을 나타내는 제2 전압을 유지하도록 결합된 제2 커패시터를 포함하며, 상기 제2 커패시터는 상기 제1 커패시터보다 큰 커패시턴스 값을 가짐 -; 및
상기 샘플 및 홀드 회로에 결합된 구동 로직 - 상기 구동 로직은 상기 제2 전압에 응답하여 상기 전력 변환기의 출력을 조절하기 위해 상기 제1 스위치를 제어하도록 결합됨 -
을 포함하고,
상기 구동 로직은,
상기 제2 전압에 응답하여 다양한 전류 제한 임계치를 발생시키도록 상기 제2 커패시터에 결합된 전류 제한 발생기; 및
상기 제1 스위치 내의 스위치 전류를 나타내는 전류 감지 신호와 상기 다양한 전류 제한 임계치를 비교하는 것에 응답하여, 상기 제1 스위치의 온 시간 동안 상기 제1 스위치를 디스에이블시키도록 결합된 비교기
를 포함하는 전력 변환기.
제8항에 있어서, 상기 단일 단자로부터 수신된 상기 신호는, 상기 샘플 및 홀드 회로가 상기 제1 커패시터 상에 유지된 상기 제1 전압을 샘플링할 때 상기 전력 변환기의 출력 전압을 나타내지 않는 전력 변환기.
제8항에 있어서, 상기 트랙 및 홀드 회로는 상기 제1 커패시터에 결합된 트랙 및 홀드 스위치를 더 포함하고, 상기 제1 전압은 상기 트랙 및 홀드 스위치가 인에이블될 때 트래킹하고 상기 트랙 및 홀드 스위치가 디스에이블될 때 유지하는 전력 변환기.
제10항에 있어서, 상기 제어기는 상기 트랙 및 홀드 스위치를 제어하도록 상기 트랙 및 홀드 회로에 결합된 적응형 샘플링 타이머를 더 포함하는 전력 변환기.
제11항에 있어서, 상기 적응형 샘플링 타이머는 상기 전력 변환기의 출력에서의 부하 조건에 응답하여 상기 트랙 및 홀드 스위치를 디스에이블시켜 상기 제1 커패시터 상에 상기 제1 전압을 유지하도록 적응된 전력 변환기.
제11항에 있어서, 상기 샘플 및 홀드 회로는 상기 제2 커패시터에 결합된 샘플 및 홀드 스위치를 더 포함하고, 상기 샘플링 기간은 상기 샘플 및 홀드 스위치가 인에이블될 때 시작되고 상기 샘플 및 홀드 스위치가 디스에이블될 때 상기 제2 전압이 상기 제2 커패시터 상에서 유지되는 전력 변환기.
제8항에 있어서, 상기 신호를 상기 제어기에 제공하도록 결합된 감지 회로를 더 포함하며, 상기 감지 회로는 상기 에너지 트랜스퍼 구성요소의 1차-기준 와인딩(primary-referenced winding)을 포함하며, 상기 1차-기준 와인딩 양단의 전압은 상기 제1 스위치의 상기 오프 시간의 상기 적어도 일부 동안의 출력 전압을 나타내고 상기 제1 스위치의 온 시간(on time)의 적어도 일부 동안의 상기 전력 변환기의 라인 입력 전압을 나타내는 전력 변환기.
제8항에 있어서, 상기 제어기 및 상기 제1 스위치는 단일 집적 회로 내에 포함되는 전력 변환기.