KR101440919B1 - Cmos 정류기 - Google Patents

Cmos 정류기 Download PDF

Info

Publication number
KR101440919B1
KR101440919B1 KR1020130078688A KR20130078688A KR101440919B1 KR 101440919 B1 KR101440919 B1 KR 101440919B1 KR 1020130078688 A KR1020130078688 A KR 1020130078688A KR 20130078688 A KR20130078688 A KR 20130078688A KR 101440919 B1 KR101440919 B1 KR 101440919B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
output
pair
cmos
rectifier
Prior art date
Application number
KR1020130078688A
Other languages
English (en)
Inventor
송승환
장진욱
김준오
김영진
Original Assignee
한국항공대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공대학교산학협력단 filed Critical 한국항공대학교산학협력단
Priority to KR1020130078688A priority Critical patent/KR101440919B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101440919B1 publication Critical patent/KR101440919B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

CMOS 정류기에 관한 것으로, CMOS 브리지 회로에서 직류전력으로 정류된 출력전압을 모니터링하여 모니터링된 전압값에 기초해서 상기 브리지 회로에 마련된 한 쌍의 NMOS 스위치에 입력되는 클럭 신호의 듀티를 조절하는 구성을 마련하여, 브리지 회로의 출력전압을 모니터링하고, 모니터링된 최대값에 따라 비교기로부터 NMOS 스위치의 게이트 단에 입력되는 클럭 신호의 턴 오프 타이밍을 조절하여 NMOS 스위치의 턴 온/오프 타이밍을 조절함으로써, 역방향 누설전류를 최소화하여 정류기의 효율을 최대화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

CMOS 정류기{CMOS RECTIFIER}
본 발명은 CMOS 정류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 전력 전송 시스템에 적용되어 교류를 직류로 정류하는 CMOS 정류기에 관한 것이다.
최근에는 무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선 전력 전송(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer) 기술이 개발되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상인 전자기 유도 원리를 이용한다.
무선 전력 전송 기술의 일 예가 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 2 등 다수에 개시되어 있다.
이러한 무선 전력 전송 시스템은 교류전력을 무선으로 전송함에 따라, 전력 수신기기에는 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류기(rectifier)가 적용된다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 3에는 2개의 PMOS(p-channel oxide semiconductor)와 2개의 NMOS(n-channel semiconductor) 스위치가 구비된 CMOS 브리지를 이용한 CMOS 전파 정류기의 구성이 개시되어 있다.
무선 전력 전송 시스템에서 전력 변환 효율(power conversion efficiensy)을 높이기 위해서는 역방향 누설전류(reverse leakage current)를 최소화하여 정류기의 효율을 향상시켜야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기의 비특허문헌 1에 개시되어 있다.
비특허문헌 1에는 누설전류를 최소화하기 위해 비대칭 바이어스(unbalanced-biasing) 구조의 비교기를 이용한 CMOS 정류기의 구성이 개시되어 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1262615호(2013년 5월 18일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-12285556호(2013년 2월 7일 공고) 대한민국 특허 공개번호 제10-2008-0032079호(2008년 4월 14일 공개)
'An Efficiency-Enhanced CMOS Rectifier With Unbalanced-Biased Comparators for Transcutaneous-Powered High-Current Implants', Solid-State Circuits, IEEE Journal of(Volume:44, Issue:6, Page:1793-1804, Issue date:2009년 6월)
그러나 비특허문헌 1과 같이 비대칭 바이어스(unbalanced-biasing) 구조의 비교기를 이용해서 누설전류를 최소화함으로써 CMOS 정류기의 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.
또한 무선 전력 전송 시스템에 적용되는 CMOS 정류기는 과전압으로 인한 회로 손상을 방지하기 위해, 출력 전압을 미리 설정된 설정전압 이하로 유지해야만 한다.
따라서 무선 전력 전송 시스템의 효율을 향상시키기 위해 역방향 누설전류를 최소화하여 전력 변환 효율을 높이고, 출력 전압을 설정전압 이하로 유지하여 회로 손상을 방지할 수 있는 CMOS 정류기 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 출력전압을 모니터링해서 회로 내부의 NMOS의 스위칭 타이밍을 제어하여 누설전류를 최소화할 수 있는 CMOS 전파 정류기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 출력전압을 모니터링해서 부하에 과전압이 발생하는 경우, 피드백 루프를 통해 NMOS를 턴 온 시켜 출력전압을 설정 전압 이하로 유지할 수 있는 CMOS 전파 정류기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMOS 정류기는 전력 전송 시스템에 적용되는 CMOS 정류기에 있어서, CMOS 브리지 회로에서 직류전력으로 정류된 출력전압을 모니터링하여 모니터링된 전압값에 기초해서 상기 브리지 회로에 마련된 한 쌍의 NMOS 스위치에 입력되는 클럭 신호의 듀티를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 CMOS 정류기는 한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치가 각각 전압출력라인과 기저전위라인 사이에 배치되어 서로 대칭되게 설치되는 CMOS 브리지 회로, 수신기의 2차 코일로부터 한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치에 각각 인가되는 입력전압과 각 NMOS 스위치의 소오스 단으로부터 출력되는 신호를 비교하여 비교결과에 따른 클럭 신호를 한 쌍의 NMOS 스위치의 각 게이트 단으로 출력하는 한 쌍의 비교기, 상기 브리지 회로의 출력전압을 감지하는 전압감지부 및 상기 전압감지부의 감지결과에 기초해서 상기 한 쌍의 비교기로부터 출력되어 각 NMOS 스위치의 게이트 단에 입력되는 클럭 신호의 듀티를 조절하는 듀티조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압감지부는 상기 브리지 회로의 출력전압을 감지하는 전압감지센서를 포함하고, 상기 듀티조절부는 상기 전압감지부에서 감지된 출력전압의 최대값에 기초해서 상기 클럭 신호의 듀티를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 듀티조절부는 상기 전압감지부에서 감지된 출력전압의 최대값에 기초해서 상기 클럭 신호의 듀티를 지연하여 지연된 듀티값의 클럭 신호를 출력하도록 상기 비교기의 출력신호와 전압감지부의 감지신호를 NAND 연산하는 제1 NAND 게이트와 상기 제1 NAND 게이트의 출력신호와 미리 설정된 기준값을 NAND 연산하는 NAND 연산하는 제2 NAND 게이트를 포함는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 NAND 게이트는 상기 비교기에서 출력되는 클럭 신호보다 180°이상의 지연이 필요한 경우, 상기 제2 NAND 게이트의 각 입력단자에 입력되는 신호가 반대로 변경되어 180° 만큼의 지연된 클럭 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 CMOS 정류기는 한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치가 각각 전압출력라인과 기저전위라인 사이에 배치되어 서로 대칭되게 설치되는 CMOS 브리지 회로, 수신기의 2차 코일로부터 한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치에 각각 인가되는 입력전압과 각 NMOS 스위치의 소오스 단으로부터 출력되는 신호를 비교하여 비교결과에 따른 클럭 신호를 한 쌍의 NMOS 스위치의 각 게이트 단으로 출력하는 한 쌍의 비교기, 상기 브리지 회로의 출력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하는 비교부 및 상기 비교기의 출력단과 한 쌍의 NMOS 스위치의 각 게이트 단 사이에 설치되어 각 게이트 단에 입력되는 직류전압을 공급 또는 차단하도록 상기 비교부의 출력신호에 기초해서 턴 온/오프 동작하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비교부의 출력신호는 상기 브리지 회로에서 미리 설정된 기준전압 이상의 과전압이 발생하는 경우, 상기 NMOS 스위치를 턴 온 시켜 출력전압을 일정하게 유지하도록 상기 비교부와 스위칭부 사이에 마련되는 피드백 루프를 통해 스위칭부로 입력되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMOS 정류기에 의하면, 브리지 회로의 출력전압을 모니터링하고, 모니터링된 최대값에 따라 비교기로부터 NMOS 스위치의 게이트 단에 입력되는 클럭 신호의 턴 오프 타이밍을 조절하여 NMOS 스위치의 턴 온/오프 타이밍을 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 CMOS 정류기에 의하면, 정류기에서 발생하는 역방향 누설전류를 최소화하여 정류기의 효율을 최대화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 따른 CMOS 정류기에 의하면, 출력전압이 미리 설정된 설정전압 이상이 되면, 피드백 루프를 이용해서 스위칭부에 마련된 스위치를 턴 온 시켜 미리 설정된 직류전압을 인가해서 정류기의 출력전압을 설정전압 이하로 일정하게 유지함으로써, 과전압으로 인한 부하의 회로 손상을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 CMOS 정류기에 의하면, 정류기의 효율을 향상시켜 CMOS 정류기가 적용되는 무선 전력 전송 시스템의 효율을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 전파 정류기가 적용되는 무선 전력 전송 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CMOS 정류기의 회로도,
도 3은 듀티조절부에 의해 듀티가 조절된 클럭 신호를 보인 예시도,
도 4는 도 2에 도시된 CMOS 정류기에서 발생하는 누설전류 그래프,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 CMOS 정류기에 적용되는 듀티조절부의 구성도,
도 6은 도 5에 도시된 듀티조절기의 각 신호 그래프,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기의 회로도,
도 8은 도 7에 도시된 CMOS 정류기의 출력전압과 비교기 및 스위칭부가 제거된 상태에서의 출력전압 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 전파 정류기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 전파 정류기를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 CMOS 전파 정류기가 적용되는 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 전파 정류기가 적용되는 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
무선 전력 전송 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 코일(L1)이 마련된 송신기(11), 1차 코일(L1)을 통해 흐르는 전류에 의해 전자기 유도 원리에 따라 전류가 흐르는 2차 코일(L2)이 마련되는 수신기(12), 수신기(12)에서 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류기(20) 및 정류기(20)에 정류된 직류전력의 전압을 조정하는 전압조정기(13)를 포함하고, 전압조정기(13)에서 전압이 조정된 직류전력은 부하(14)로 공급될 수 있다.
이와 같이 구성되는 무선 전력 전송 시스템(10)의 효율(ηs)과 정류기의 전력 변환 효율(ηrectifier)은 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산된다.
Figure 112013060507679-pat00001
Figure 112013060507679-pat00002
여기서, Vout은 정류기에서 출력되는 전압, ｜Vin｜은 입력 사인곡선의 진폭, Iin은 정류기에 입력되는 전체 입력전류, Iout은 정류기에서 출력되는 전류, Vdo는 전달경로에서 발생하는 전체 전압 강하, Iloss는 전력단(power stage)의 역방향 누설전류에 의해 정의되는 전체 전류손실이다.
따라서 무선 전력 전송 시스템(10)에서 전력 변환 효율을 최대화하기 위해서는 정류기(20)의 전달경로에서 발생하는 전체 전압 강하(Vdo)와 전력단의 역방향 누설전류(Iloss)를 최소화해야만 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CMOS 정류기의 회로도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 PMOS 스위치(MP1,MP2)와 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)가 각각 출력전압인(VDDout)과 기저전위라인(GND) 사이에 배치되어 서로 대칭되게 설치되는 CMOS 브리지 회로(이하 '브리지 회로'라 약칭함)(21) 및 수신기(12)의 2차 코일(L1) 양단에서 한 쌍의 PMOS 스위치(MP1,MP2)와 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MNP2)에 입력되는 입력전압과 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 각 소오스(S) 단 전압을 비교하여 비교결과에 따른 출력신호를 한 쌍의 NMOS 스위치(MNP1,MN2)의 각 게이트(G) 단으로 출력하는 한 쌍의 비교기(22)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 브리지 회로(21)의 출력전압을 감지하는 전압감지부(23) 및 전압감지부(23)의 감지결과에 기초해서 각 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 게이트(G) 단에 입력되는 신호의 듀티를 조절하는 한 쌍의 듀티조절부(24)를 더 포함한다.
전압출력라인(VDDout)과 기저전위라인(GND)의 일측에는 브리지 회로(21)와 병렬로 전력 커패시터(C)와 부하(R)가 연결된다.
한 쌍의 PMOS 스위치(MP1,MP2)의 소오스(S) 단은 각각 전압출력라인(VDDout)에 연결되고, 드레인(D) 단은 각각 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 드레인(D) 단과 연결되어 드레인 공통 모드를 이룬다.
한 쌍의 PMOS 스위치(MP1,MP2)의 게이트(G) 단은 각각 다른 PMOS 스위치(MP1,MP2)와 NMOS 스위치(MN1,MN2) 사이의 제1 및 제2 노드(N1,N2)에 연결되고, 제1 및 제2 노드(N1,N2)에는 각각 수신기(12)의 제2 코일(L2)에 입력되는 전력(ANTP,ANTN)이 인가될 수 있다.
한 쌍의 비교기(22)의 각 입력단자(+,-)는 각각 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 소오스(S) 단과 제1 및 제2 노드(N1,N2)에 연결된다.
이에 따라, 각 비교기(22)는 각 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 소오스(S) 단으로부터 출력되는 신호와 수신기(12)의 제2 코일(L2)에 입력되는 전력(ANTP,ANTN)을 비교하여 비교결과에 따라 도 2에 도시된 바와 같은 클럭 신호를 출력한다.
한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)와 한 쌍의 비교기(22)는 각각 서로 대응되도록 마련됨에 따라, 이하에서는 하나의 NMOS 스위치(MN2)와 비교기(22)만을 설명하기로 한다.
전압감지부(23)는 전압출력라인(VDDout)을 통해 출력되는 출력전압을 감지하고, 감지된 전압값을 듀티조절부(24)로 전달한다.
이를 위해, 전압감지부(23)는 전압감지센서를 구비할 수 있다.
듀티조절부(24)는 비교기(22)의 출력단과 NMOS 스위치(MN2)의 게이트(G) 단 사이에 설치되고, 전압감지부(23)에서 감지된 전압값 중에서 최대값에 따라 비교기(22)로부터 출력되는 클럭 신호의 듀티를 조절한다.
예를 들어, 도 3은 듀티조절부에 의해 듀티가 조절된 클럭 신호를 보인 예시도이다.
듀티조절부(24)는 전압감지부(23)에서 감지된 전압값 중에서 최대값이 증가함에 따라, 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 비교기(22)로부터 출력되는 클럭 신호의 듀티를 점차적으로 증가시킨다.
이와 같이, 듀티조절부(24)는 전압감지부(23)에서 감지된 출력전압의 최대값에 따라 비교기(22)로부터 출력되는 클럭 신호의 듀티를 조절해서 NMOS 스위치(MN2)의 턴 온/오프 타이밍을 조절할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 CMOS 정류기에서 발생하는 누설전류 그래프이다.
즉, 본 발명은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 NMOS 스위치의 턴 온/오프 타이밍을 조절하여 CMOS 정류기에서 발생하는 역방향 누설전류를 최소화할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 NMOS 스위치의 게이트 단에 입력되는 클럭 신호의 턴 오프 타이밍을 조절하여 드레인 단의 출력전압과 일치하는 시점 부근에서 최대 출력전압을 얻을 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 구성되는 CMOS 정류기는 하나의 단일 칩으로 제작될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 CMOS 정류기에 적용되는 듀티조절부의 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 듀티조절기의 각 신호 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 상기의 제1 실시 예의 구성과 유사하게 구성되고, 다만 듀티조절부(24)는 전압감지부(23)에서 감지된 출력전압의 최대값에 기초해서 비교기(22)로부터 출력되는 클럭 신호의 듀티를 지연하여 지연된 듀티값의 클럭 신호를 출력하는 기능을 한다.
이를 위해, 듀티조절부(24)는 도 5에 도시된 바와 같이 비교기(22)의 출력신호(A)와 전압감지부(23)의 감지신호(B)를 NAND 연산하는 제1 NAND 게이트(25)와 제1 NAND 게이트(25)의 출력신호와 미리 설정된 기준값을 NAND 연산하는 제2 NAND 게이트(26)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기준값은 '1'로 설정될 수 있다.
이에 따라, 듀티조절부(24)는 도 6에 도시된 바와 같이 비교기(22)에서 출력되는 클럭 신호(A)보다 180°이상의 지연이 필요한 경우, 제2 NAND 게이트(26)의 각 입력단자에 입력되는 신호를 반대로 변경하여 180° 만큼의 지연된 클럭 신호(C)를 출력하도록 구현할 수 있다.
이는 도 2에 도시된 CMOS 정류기(20)가 입력전압이 시간에 대해 변화하는 비율에 비례하는 출력전압을 얻는 미분회로(differential circuit)이기에 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 듀티조절부(24)에서의 지연 발생 부담을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기의 회로도이고, 도 8은 도 7에 도시된 CMOS 정류기의 출력전압과 비교기 및 스위칭부가 제거된 상태에서의 출력전압 그래프이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 도 7에 도시된 바와 같이, 브리지회로(21)의 출력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하는 비교부(27) 및 비교기(22)와 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1, MN2)의 각 게이트(G) 단 사이에 설치되어 비교부(27)의 출력신호에 기초해서 각 게이트(D) 단에 미리 설정된 전압값의 직류전압(VDD)을 공급 또는 차단하도록 턴 온/오프 동작하는 스위칭부(28)를 포함할 수 있다.
비교부(27)는 브리지 회로(21)의 출력전압과 약 3.3V로 설정되는 기준전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.
스위칭부(28)는 직류전압(VDD) 라인과 한 쌍의 NMOS 스위치(MN1,MN2)의 게이트(G) 단 사이에 설치되어 비교부(27)의 출력신호에 의해 턴 온/오프 동작하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 도 8에 도시된 바와 같이 출력전압(Vout)을 기준전압, 즉 약 3.3V 이하로 일정하게 유지할 수 있다.
반면, 스위칭부(28)가 제거된 경우, CMOS 정류기의 출력전압(Vs)은 약 4V까지 상승함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 출력전압이 미리 설정된 설정전압 이상이면, 비교부(27)의 비교결과를 스위칭부(28)로 피드백시켜 입력하는 피드백 루프를 이용해서 스위칭부(28)에 마련된 스위칭 소자를 턴 온 시킨다.
이에 따라, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 미리 설정된 전압값의 직류전압을 한 쌍의 NMOS 스위치의 게이트 단에 공급하여 출력전압을 설정전압 이하로 일정하게 유지할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 CMOS 정류기(20)는 역방향 누설전류를 최소화하여 정류기의 효율을 최대화하고, 과전압으로 인한 부하의 회로 손상을 미연에 방지할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 CMOS 정류기의 출력전압을 모니터링하여 NMOS 스위치의 턴 온/오프 타이밍을 조절함으로써, 역방향 누설전류를 최소화하고 출력전압을 설정전압 이하로 일정하게 유지해서 정류기의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 무선 전력 전송 시스템에 적용되는 CMOS 정류기를 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 무선 전력 전송 시스템뿐만 아니라, 유선 전력 전송 시스템에도 적용될 수 있다.
본 발명은 CMOS 정류기의 출력전압을 모니터링하여 NMOS 스위치의 턴 온/오프 타이밍을 조절함으로써, 역방향 누설전류를 최소화하고 출력전압을 설정전압 이하로 일정하게 유지해서 정류기의 효율을 향상시키는 기술에 적용된다.
10: 무선 전력 전송 시스템 11: 송신기
12: 수신기 13: 전압조정기
20: CMOS 정류기 21: CMOS 브리지 회로
22: 비교기 23: 전압감지부
24: 듀티조절부 25,26: 제1,제2 NAND 게이트
27: 비교부 28: 스위칭부
MP1,MP2: PMOS 스위치 MN1,MN2: NMOS 스위치

Claims (7)

  1. 전력 전송 시스템에 적용되는 CMOS 정류기에 있어서,
    한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치가 각각 전압출력라인과 기저전위라인 사이에 배치되어 서로 대칭되게 설치되는 CMOS 브리지 회로,
    수신기의 2차 코일로부터 한 쌍의 PMOS 스위치와 한 쌍의 NMOS 스위치에 각각 인가되는 입력전압과 각 NMOS 스위치의 소오스 단으로부터 출력되는 신호를 비교하여 비교결과에 따른 클럭 신호를 한 쌍의 NMOS 스위치의 각 게이트 단으로 출력하는 한 쌍의 비교기,
    상기 브리지 회로의 출력전압을 감지하는 전압감지부 및
    상기 전압감지부의 감지결과에 기초해서 상기 한 쌍의 비교기로부터 출력되어 각 NMOS 스위치의 게이트 단에 입력되는 클럭 신호의 듀티를 조절하는 듀티조절부를 포함하고,
    상기 듀티조절부는 상기 전압감지부에서 감지된 출력전압의 최대값에 기초해서 상기 클럭 신호의 듀티를 지연하여 지연된 듀티값의 클럭 신호를 출력하도록 상기 비교기의 출력신호와 전압감지부의 감지신호를 NAND 연산하는 제1 NAND 게이트와
    상기 제1 NAND 게이트의 출력신호와 미리 설정된 기준값을 NAND 연산하는 제2 NAND 게이트를 포함하여,
    상기 CMOS 브리지 회로의 출력전압을 모니터링하여 모니터링된 전압값에 기초해서 상기 한 쌍의 NMOS 스위치에 입력되는 클럭 신호의 듀티를 조절하여 역방향 누설전류를 최소화하는 것을 특징으로 하는 CMOS 정류기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 NAND 게이트는 상기 비교기에서 출력되는 클럭 신호보다 180°이상의 지연이 필요한 경우, 상기 제2 NAND 게이트의 각 입력단자에 입력되는 신호가 반대로 변경되어 180° 만큼의 지연된 클럭 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 CMOS 정류기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 CMOS 정류기는
    상기 브리지 회로의 출력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하는 비교부 및
    상기 비교기의 출력단과 한 쌍의 NMOS 스위치의 각 게이트 단 사이에 설치되어 각 게이트 단에 입력되는 직류전압을 공급 또는 차단하도록 상기 비교부의 출력신호에 기초해서 턴 온/오프 동작하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 정류기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비교부의 출력신호는 상기 브리지 회로에서 미리 설정된 기준전압 이상의 과전압이 발생하는 경우, 상기 NMOS 스위치를 턴 온 시켜 출력전압을 일정하게 유지하도록 상기 비교부와 스위칭부 사이에 마련되는 피드백 루프를 통해 스위칭부로 입력되는 것을 특징으로 하는 CMOS 정류기.
KR1020130078688A 2013-07-05 2013-07-05 Cmos 정류기 KR101440919B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130078688A KR101440919B1 (ko) 2013-07-05 2013-07-05 Cmos 정류기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130078688A KR101440919B1 (ko) 2013-07-05 2013-07-05 Cmos 정류기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101440919B1 true KR101440919B1 (ko) 2014-09-18

Family

ID=51760284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130078688A KR101440919B1 (ko) 2013-07-05 2013-07-05 Cmos 정류기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101440919B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350810A (zh) * 2019-05-24 2019-10-18 广东工业大学 一种消除阈值电压交叉多路并行输出全波整流电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5629641A (en) 1996-02-06 1997-05-13 Advanced Micro Devices, Inc. Differential CMOS current amplifier with controlled bandwidth and common mode distortion
US5991182A (en) 1995-12-29 1999-11-23 Em Microelectric -Marin Sa Active rectifier having minimal energy losses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5991182A (en) 1995-12-29 1999-11-23 Em Microelectric -Marin Sa Active rectifier having minimal energy losses
US5629641A (en) 1996-02-06 1997-05-13 Advanced Micro Devices, Inc. Differential CMOS current amplifier with controlled bandwidth and common mode distortion

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문1(제목: An Efficiency-Enhanced CMOS Rectifier With Unbalanced-Biased Comparators for Transcutaneous-Powered High-Current Implants), 논문발표 2009년 6월 *
IEEE 논문1(제목: An Efficiency-Enhanced CMOS Rectifier With Unbalanced-Biased Comparators for Transcutaneous-Powered High-Current Implants), 논문발표 2009년 6월*
IEEE 논문2(제목: An Integrated Full-Wave CMOS Rectifier With Built-In Back Telemetry for RFID and Implantable Biomedical Applications), 논문발표 2008년 11월 *
IEEE 논문2(제목: An Integrated Full-Wave CMOS Rectifier With Built-In Back Telemetry for RFID and Implantable Biomedical Applications), 논문발표 2008년 11월*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350810A (zh) * 2019-05-24 2019-10-18 广东工业大学 一种消除阈值电压交叉多路并行输出全波整流电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9712077B2 (en) Active rectifier and circuit for compensating for reverse current leakage using time delay scheme for zero reverse leakage current
CN108141047B (zh) 无线充电接收器
US9024613B2 (en) Switching power supply apparatus and semiconductor device
US9001543B2 (en) Active rectifier with modulation
US20090257259A1 (en) Bridge synchronous rectifier
US9906141B2 (en) DC-DC converter
JP2014042389A (ja) 電源装置、半導体装置、及びワイヤレス通信装置
JP7241945B2 (ja) 無線給電装置、及び無線給電装置の電流測定方法
US11495995B2 (en) Advanced overvoltage protection strategy for wireless power transfer
KR102180371B1 (ko) 비접촉 급전 장치
KR20150089270A (ko) 배터리 역접속 방지 장치 및 그 동작 방법
US9608537B1 (en) Active rectifier and regulator circuit
JP2017169268A (ja) 全波整流回路
KR101883708B1 (ko) 고정 온타임 제어 절연된 컨버터
KR20130095906A (ko) 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템
KR101440919B1 (ko) Cmos 정류기
KR101367954B1 (ko) 스위치 모드 전원 공급 장치 및 이의 스위칭 제어 회로
CN106026701B (zh) 使用整流电路的电压控制
JP6602373B2 (ja) 絶縁型コンバータにおけるコンスタント・オン・タイム（ｃｏｔ）制御
KR101822491B1 (ko) 전압 조정 회로 및 이의 동작 방법
JP6350818B2 (ja) 非接触電力伝送装置
JP2010074949A (ja) 整流制御装置、全波整流回路、受電装置、無接点電力伝送システムおよび電子機器
KR101600297B1 (ko) 발진회로 및 그를 이용한 전원장치
KR20170045327A (ko) 고정 온타임 제어 절연된 컨버터
KR101818591B1 (ko) 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant