KR101497062B1 - 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터 - Google Patents

스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위치 제어 장치, 제어 방법 및 이를 이용하는 컨버터에 관한 것이다.
스위치 제어 장치는 컨버터의 입력 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하고, 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교한다. 스위치 제어 장치는 그 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하고, 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성한다. 스위치 제어 장치는 기준 클록 신호 및 영 전압 검출 신호를 이용하여 영 전압 검출 신호에 동기되고, 영 전압검출 신호의 반 주기 동안 기준 클록 신호 따라 증가하고, 영 전압 검출 신호의 한 주기중 다른 반 주기 동안 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성한다. 그리고 스위치 제어 장치는 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 기준 신호를 생성한다.
Figure R1020080073217
역률 보상, 전파 정류, 정현파

Description

스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터{SWITCH CONTROLLER, SWITCH CONTROL METHOD, AND CONVERTER USING THE SAME}
본 발명은 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터에 관한 것으로, 특히 역률 보정을 제공하는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터에 관한 것이다.
컨버터는 입력 전원을 입력 받아 부하에 필요한 전원을 공급한다. 이 때, 입력 전원은 AC(alternating current) 전원이고, 부하에 공급되는 전원의 전류는 DC(direct current)이다. 이 때, 입력 전원의 전압은 AC 형태이고, 부하에 공급되는 전류는 DC 형태이다. 부하에 흐르는 전류는 입력 전원의 전류와 유사하므로, 입력 전원의 전압과 전류의 위상차가 발생하여 무효 전력 손실이 발생한다. 예를 들어, 컨버터의 출력단에 연결된 부하가 복수의 LED 소자를 포함하는 LED 광원인 경우, 복수의 LED 소자 각각에 DC 형태의 전류가 흐르면, 입력 전원의 전압과 전류간의 위상차에 따라 무효 전력 손실이 발생하여 역률이 낮아진다.
역률을 개선하기 위해서는 입력 전원의 전압과 전류의 위상차를 감소시켜야 한다. 입력 전원의 전류는 부하에 흐르는 전류에 영향을 받으므로, 부하에 공급되 는 전류의 형태가 입력 전원의 전압과 유사한 주파수와 위상이면, 입력 전원의 전류 및 입력 전원의 전압간의 위상차를 감소시킬 수 있다.
또한, THD(Total Harmonic Distortion)를 개선하기 위해서는 입력 전원의 전류가 정현파일 필요가 있다. 컨버터의 전력 스위치에 스위칭 동작에 의해 다른 기기에 간섭을 일으킬 수 있다. 간섭을 최소화하기 위해서 입력 전원의 전류의 고조파 성분이 작아야 한다. 고조파의 많고 적음을 계수화한 것이 THD인데, THD를 감소시키기 위해서는 단일 주파수의 정현파에 가까워져야 한다. 즉, 역률과 THD를 개선하기 위해서는 부하에 공급되는 전류의 형태가 정현파로 입력 전원의 전압과 유사한 주파수 및 위상이어야 한다.
종래 컨버터는 입력 교류 전원을 전파 정류하여 입력 전압을 생성하고, 입력전압을 센싱하여 기준 신호를 생성한다. 그리고 기준 신호와 부하에 흐르는 전류를 비교하여 부하에 흐르는 전류의 크기를 기준 신호에 따라 제어한다. 입력 전압에 따라 기준 신호가 변동하므로, 부하에 흐르는 전류의 크기도 기준 신호에 따라 변동한다. 따라서 부하에 공급되는 전류가 입력 전원의 전압에 근접한 주파수와 위상을 가진다. 또한, 입력 전원의 전류가 정현파에 가까운 형태가 된다. 그러나 전파 정류된 입력 전원의 전압을 감지하기 위해 저항 소자를 사용하는 방식의 경우, 컨버터를 제어하는 제어부의 집적화가 어렵다. 입력 전원의 전압은 고전압인 경우가 일반적이고, 고전압을 견디는 저항은 집적화가 어렵기 때문이다. 또한, 저항에서 별도의 전력 소비가 발생한다.
이와 다른 방식으로 역률을 보상하기 위해 별도의 역률 보상 제어 회 로(Power Factor Compensation Controller Circuit)를 사용한다. 그러나 역률 보상 제어 회로를 위해 부가적인 소자의 추가가 발생하여 가격이 증가하고 집적화가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 위에서 언급한 문제점을 해결하기 위해, 간단한 구성으로 컨버터의 역률 및 THD를 개선시킬 수 있는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 장치 및 이를 이용하는 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치는, 상기 스위치에 입력되는 입력 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 전압 감지부 상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 영 전압 검출부 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 기준 클록 생성부 상기 기준 클록 신호 및 상기영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영 전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호 따라 증가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중 다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 디지털 사인파 발생부 및 상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 기준 신호를 생성하는 디지털 아날로그 변환부를 포함한다. 상기 전압 감지부는, 상기 제1 전극의 전압에 대응하는 전류를 생성하는 감지 전류 생성부, 및 상기 전류에 대응하는 전압을 생성하는 전류-전압 변환부를 포함한다. 상기 영 전압 검출부는, 상기 스위치가 턴 오프 기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성한다. 상기 기준 클록 생성부는, 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 컨덕터는, 인덕터 상기 인덕터에 흐르는 전류를 제어하는 전력 스위치 및 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포하하고, 상기 스위치 제어부는, 상기 인덕터에 공급되는 입력 전압에 대응하는 기준 신호를 생성하고, 상기전력 스위치에 흐르는 전류와 상기 기준 신호를 이용하여 상기 전력 스위치의 듀티를 제어한다. 상기 입력 전압은 상기 인덕터의 일단에 공급되고, 상기 전력 스위치는 상기 인덕터의 타단에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 인덕터의 타단 및 상기전력 스위치 사이에 연결되어 있는 다이오드를 더 포함하고, 상기 전력 스위치가 턴 온되면, 상기 인덕터 및 상기전력 스위치를 포함하는 경로를 따라 전류가 흐르고, 상기 전력 스위치가 턴 오프되면, 상기 인덕터 및 상기 다이오드를 포함하는 경로를 따라 전류가 흐른다. 상기 스위치 제어부는, 상기 스위치가 턴 오프되었을 때, 상기 입력 전압에 대응하는 스위치 전압이 상기 전력 스위치 일단에 공급되고, 상기 스위치 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 전압 감지부 상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 영 전압 검출부 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 기준 클록 생성부 상기 기준 클록 신호 및 상기 영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영 전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호 따라 증가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 디지털 사인파 발생부 및 상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 상기 기준 신호를 생성하는 디지털 아날로그 변환부를 포함한다. 상기 영 전압 검출부는, 상기 스위치가 턴 오프기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압검출 신호를 생성한다. 상기 기준 클록 생성부는, 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지 하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 본 발명의 다른 특징에 따른 컨버터는 소정의 주기를 가지는 클록 신호를 생성하는 오실레이터를 더 포함하고, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류가 상기 기준 신호에 도달하면, 상기 전력 스위치를 턴 오프시키고, 상기 클록 신호의 한 주기마다 상기 전력 스위치를 턴 온 시키는 컨버터. 또한, 컨버터는 상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는 비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 방법에 있어서, 상기 스위치에 입력되는 입력 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 단계 상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 단계 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 단계 상기 기준 클록 신호 및상기 영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기동안 상기 기준 클록 신호 따라 증 가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중 다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 단계 및 상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 기준 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 스위치에 흐르는 전류가 상기 기준 신호에 도달하면, 상기 스위치를 턴 오프시키는 단계를 더 포함한다. 상기 영 전압 검출 신호를 생성하는 단계는, 상기 스위치의 턴 오프기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압검출 신호를 생성한다. 상기 기준 클록 신호를 생성하는 단계는, 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 상기 기준 클록 신호를 생성하는 단계는, 상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성한다. 본 발명의 또 다른 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 방법은 상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정하는 단계를 더 포함한다. 하는 스위치 제어 방법.
본 발명의 실시 예에서는 입력 전압의 주파수 및 위상과 유사한 주파수 및 위상을 가지는 기준 신호를 이용하여 전력 스위치의 듀티를 결정한다.
또한 본 발명의 다른 실시 예에서는 비정상 상태에서 정상 상태의 기준 신호의 실효치를 기준 신호로 사용한다.
본 발명은 이런 구성적 특징에 의해 별도의 역률 보상 회로 및 별도의 전력소비 없이 역률 보상이 가능하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(1) 및 이를 포함하는 컨 버터(2)를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 컨버터(2)는 전력 스위치(power switch)(23), 브릿지 다이오드(bridge diode)(21), 다이오드(D1), 인덕터(L1) 및 전류 센서(24)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전력 스위치(23)는 NMOSFET(n-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor)으로 구성되어 있으며, 스위치 제어 장치(1)의 게이트 제어 신호(VG)에 따라 온/오프 된다. 본 발명의 실시 예에서는 부하(22)로서 LED(light emitting diode)와 같은 전류 구동 소자들을 연결할 수 있다.
브릿지 다이오드(21)는 4 개의 다이오드(211-214)로 구성되며, 입력 교류 전압(Vac)을 전파 정류하여, 입력 전압(Vin)을 생성한다.
브릿지 다이오드(21)의 출력단은 다이오드(D1)의 캐소드 전극 및 인덕터(L1)의 일단에 연결되어 있다. 인덕터(L1)의 일단에는 입력 전압(Vin)이 공급되고, 인덕터(L1)의 타단은 부하에 연결되어 있다.
전력 스위치(23)의 드레인 전극은 다이오드(D1)의 애노드 전극 및 부하에 연결되어 있다.
전류 센서(24)는 전력 스위치(23)의 소스 전극에 연결되어 있고, 전력 스위치(23)에 흐르는 전류를 감지하여 감지된 전류에 대응하는 감지 신호를 생성한다.
전력 스위치(23)가 턴 온 되면, 인덕터(L1), 부하(22) 및 전력 스위치(23)를 통해 전류(IL)가 흐른다. 전력 스위치(23)에 흐르는 전류가 소정의 기준 값에 도달하면, 전력 스위치(23)는 턴 오프되고, 다이오드(D1)가 인덕터 전류(IL)에 의해 도 통된다. 그러면, 인덕터(L1), 부하(22) 및 다이오드(D1)를 통해 전류(IL)가 흐른다. 전력 스위치(23)가 턴 오프 되면, 인덕터 전류(IL)는 환류(freewheeling)가 된다. 이와 같이, 다이오드(D1)는 환류 경로를 형성하는 프리휠링 다이오드이고, 전력 스위치(23)의 스위칭 동작에 따라 인덕터 전류(IL)는 부하(22)에 공급되거나, 환류된다.
이하, 전력 스위치(23)의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치(1)에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(1)는 전력 스위치(23)의 드레인 전극의 전압(이하, 드레인 전압(Vdrain))을 감지하고, 드레인 전압(Vdrain)을 이용하여 입력 전압(Vin)과 유사한 주파수와 위상을 가지는 기준 신호(SREF)를 생성한다. 전력 스위치(23)가 턴 오프되면, 인덕터 전류(IL)에 의해 다이오드(D1)가 도통된다. 그러면 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)은 입력 전압(Vin)에 매우 근접한 전압이 된다. 스위치 제어 장치(1)는 전력 스위치(23)가 턴 오프되어 다이오드(D1)가 도통되었을 때, 드레인 전압(Vdrain)을 감지하여 입력 전압(Vin)이 '0'에 근접하는 시점을 감지한다. 입력 전압(Vin)이 어느 시점에 '0'에 근접하는지 알 수 있다면, 입력 전압(Vin)에 동기된 기준 신호(SREF)를 생성할 수 있다. 입력 전압(Vin)은 브릿지 다이오드(21)에 의해 전파 정류되므로, 정현파(sine curve)가 전파(full-wave) 정류된(rectified) 파형을 가진다. 이하, 정현파가 전파 정류되어 생성된 파형을 전파 정류 정현파(full rectified sine curve)라 한다. 스위치 제어 장치(1)가 전파 정류된 입력 전압(Vin)에 동기된 기준 신호(SREF)를 이용하여 전력 스위치(23)를 스위칭 시키면, 인덕터(L1)를 통해부하에 공급되는 인덕터 전류(IL)는 기준 신호(SREF)에 따라 전파 정현파가 된다. 따라서 인덕터 전류(IL)가 입력 전압(Vin)에 유사한 주파수 및 위상을 가질 수 있다. 구체적으로, 스위치 제어 장치(1)는 기준 신호(SREF)를 이용해 전력 스위치(23)에 흐르는 전류를 제어한다. 전력 스위치(23)의 한 주기 스위칭 동작 동안, 전력 스위치(23)에 흐르는 전류의 최고치가 기준 신호(SREF)에 따라 제어된다. 전력 스위치(23)에 흐르는 전류의 최고치는 전파 정류 정현파를 따라 변동된다. 따라서 입력 전압(Vin)의 한 주기 동안 전력 스위치(23)에 흐르는 전류의 피크치는 전파 정류 정현파 형태에 따라 변동한다.
전력 스위치(23)의 전류는 부하에 흐르는 전류이므로, 부하에 흐르는 인덕터 전류(IL)도 전파 정류 정현파 형태가 된다. 인덕터 전류(IL)는 입력 전원의 전류(Iac)가 전파 정류된 형태이므로, 인덕터 전류(IL)가 전파 정류 정현파라면, 입력 전원의 전류(Iac)는 정현파 형태가 된다. 그리고 입력 전압(Vin)과 인덕터 전류(IL)는 유사한 주파수 및 위상이므로, 입력 전원의 전압(Vac) 및 전류(Iac) 역시 유사한 주파수 및 위상이다. 따라서 컨버터의 역률이 보상된다.
스위치 제어 장치(1)는 입력 단자(IN1, IN2) 및 출력 단자(OUT)로 이루어진 3개의 연결단자를 포함하고 있다. 입력 단자(IN1)는 전력 스위치(23)의 드레인 전극에 연결되어 있다. 입력 단자(IN2)는 전류 센서(24)에 연결되어 있어, 감지 신호(Vsense)를 입력받는다. 본 발명의 실시 예에서 감지 신호(Vsense)는 전압 신호일 수 있다. 출력 단자(OUT)는 전력 스위치(23)의 게이트 전극에 연결되어 있고, 출력 단자(OUT)를 통해 게이트 제어 신호(VG)가 출력된다. 스위치 제어 장치(1)는 입력 단자(IN1)를 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)을 입력받아, 입력 전압(Vin)의 파형을 추정하고, 입력 전압(Vin)과 유사한 주파수 및 위상을 가지는 전파 정류 정현파 형태의 기준 신호(SREF)를 생성한다.
스위치 제어 장치(1)는 기준 신호 생성부(11), 비교기(12), 논리 연산부(13) 및 게이트 구동부(14)를 포함한다.
기준 신호 생성부(11)는 입력 단자(IN1)를 통해 입력되는 드레인 전압(Vdrain)을 이용하여 입력 전압(Vin)과 유사한 주파수 및 위상을 가지는 기준 신호(SREF)를 생성한다. 기준 신호 생성부(11)에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
비교기(12)는 기준 신호(SREF)와 감지 신호(Vsense) 각각을 반전 단자(-) 및 비반전 단자(+)로 입력 받고, 두 신호를 비교한 결과에 따라 듀티 제어 신호(DCS)를 생성한다. 비교기(12)는 감지 신호(Vsense)가 기준 신호(SREF)에 도달하면 하이 레벨의 듀티 제어 신호(DCS)를 생성한다. 비교기(12)는 감지 신호(Vsense)가 기준 신호(SREF)보다 작으면 로우 레벨의 듀티 제어 신호(DCS)를 생성한다.
오실레이터(15)는 소정의 주기를 가지는 클록 신호(CLK)를 생성하여 논리 연산부로 출력한다. 클록 신호(CLK)의 주기는 전력 스위치(23)의 스위칭 주기를 결정한다.
논리 연산부(13)는 제1 입력 단자, 제2 입력 단자 및 하나의 출력 단자를 포함하고 있으며, 제1 입력 단자를 통해 클록 신호(clock signal)가 입력되고, 제2 입려 단자를 통해 듀티 제어 신호(DCS)가 입력된다. 클록 신호(CLK)가 상승하는 시점에 동기되어 논리 연산부(13)는 출력단으로 전력 스위치(23)를 턴 온 시키기 위한 게이트 구동부 제어 신호(GC)를 출력한다. 논리 연산부(13)는 듀티 제어 신호(DCS)가 상승하는 시점에 동기되어 출력단으로 전력 스위치(23)를 턴 오프시키기 위한 게이트 구동부 제어 신호(GC)를 출력한다. 턴 오프 상태인 전력 스위치(23)는 클록 신호(CLK)가 상승하는 시점에 다시 턴 온 된다. 이와 같이 클록 신호(CLK)의 주기는 전력 스위치(23)의 스위칭 주기를 결정하고, 듀티 제어 신호(DCS)는 전력 스위치(23)의 턴 온 기간 즉, 듀티를 결정한다.
게이트 구동부(14)는 게이트 구동부 제어 신호(GC)에 따라 전력 스위치(23)를 턴 온 또는 턴 오프 시킬 수 있는 게이트 신호(VG)를 생성한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전력 스위치(23)는 NMOSFET이므로, 전력 스위치(23)를 턴 온 시키기 위한 게이트 제어 신호(VG)는 하이 레벨이고, 전력 스위치(23)를 턴 오프시키기 위한 게이트 제어 신호(VG)는 로우 레벨이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 기준 신호 생성부(11)를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 신호 생성부(11)를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기준 신호 생성부(11)는 전압 감지부(110), 영전압 검출부(120), 기준 클록 생성부(130), 디지털 사인파 발생부(140) 및 디지털-아날로그 변환기(150)를 포함한다.
전압 감지부(110)는 전력 스위치(23)가 턴 오프되어 있는 기간 동안, 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)을 감지하여 입력 전압(Vin)에 대응하는 입력 감지 전압(VIS)을 생성한다. 전압 감지부(110)는 감지전류 생성부(111) 및 전류-전압 변환부(112)를 포함한다. 감지 전류 생성부(111)는 드레인 전압(Vdrain)에 대응하는 전류 신호를 생성한다. 구체적으로 감지 전류 생성부(111)는 트랜지스터 소자, 예를 들면 BJT(bipolar junction transistor) 또는 FET(field effect transistor) 소자를 이용하여 드레인 전압(Vdrain)에 대응하는 전류를 생성한다. BJT를 사용하는 경우 베이스와 에미터 간의 전압을 BJT가 도통되는 정도로 고정시키고, 컬렉터에 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)을 인가한다. 또는 FET를 사용하는 경우 게이트와 소스간의 전압을 FET가 도통되는 정도로 고정시키고, 드레인에 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)을 인가한다. 그러면, 컬렉터(드레인)에 인가되는 전압에 따라 BJT(FET)에 흐르는 전류가 결정된다. 전력 스위치(23)의 콜렉터(드레인) 전압이 높으면, BJT(FET)의 전류가 포화되는 영역에서 동작하므로 일정하게 높은 전류가 BJT(FET)에 흐르고, 콜렉터(드레인) 전압이 낮아지면 BJT(FET)는 선형 영역에서 동작하므로, 콜렉터(드레인) 전압에 비례하는 전류가 BJT(FET)에 흐른다. 전력 스위치(23)가 턴 온되면, 전력 스위치(23)의 드레인 전압(Vdrain)은 실질적으로 접지 전압과 동일한 전압이 된다. 그러면 BJT(FET)에 전류가 흐르지 않는다. 따라서 전력 스위치(23)가 턴 오프되어 있는 기간동안, BJT(FET)에는 입력 전압(Vin)에 따라전류가 흐르고, 전력 스위치(23)가 턴 온 되어있는 기간 동안, BJT(FET)에는 전류가 흐르지 않는다. 전류-전압 변환부(112)는 감지 전류 생성부(111)로부터 전달받은 전류에 대응하는 전압 신호를 생성하여 영 전압 검출부(120)로 전달한다. 따라서 전력 스위치(23)가 턴 오프되어 있는 기간동안, 전류-전압 변환부(112)는 입력 전압(Vin)에 따른 입력 감지 전압(VIS)를 생성하고, 전력 스위치(23)가 턴 온 되어 있는 기간 동안, 전류-전압 변환부(112)는 접지 전압의 입력 감지 전압(VIS)을 생성한다.
영 전압 검출부(120)는 전압 감지부(110)로부터 전달된 입력 감지 전압(VIS)을 이용하여 입력 전압(Vin)이 '0'인 시점을 예측하기 위한 영 전압 검출 신호(ZCD)를 생성한다. 영 전압 검출부(120)는 전력 스위치(23)가 턴 오프 되어 있는 기간 동안 생성된 입력 감지 전압(VIS)을 이용하여 영 전압 검출 신호(ZCD)를 생성한다. 구체적으로, 영 전압검출부(120)는 전력 스위치(23)가 턴 오프 되어 있는 기간 동안 생성된 입력 감지 전압(VIS)과 0에 가까운 소정의 기준치를 비교하여, 입력 감지 전압(VIS)이 기준치 이상이면 하이 레벨이 되고, 기준치 미만이면 로우 레벨이 되는 신호를 영 전압 검출 신호(ZCD)로 생성할 수 있다.
기준 클록 생성부(130)는 소정의 클록 신호(CLK1) 및 영 전압 검출 신호(ZCD)를 입력 받고, 입력 전압(Vin)과 유사한 위상 및 주파수를 가지는 기준 신호(SREF)를 생성하기 위한 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 이때, 기준 신호(SREF)는 입력 전압(Vin)과 유사한 전파 정류된 정현파형이다. 소정의 클록 신호(CLK1)는 오실레이터(130)로부터 입력 받을 수있다. 기준 클록 생성부(130)는 영 전압 검출 신호(ZCD)를 이용하여 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 연속되는 두 개의 시점을 추정한다. 추정된 연속되는 두 개의 시점 사이의 기간은 입력 전압(Vin)의 한 주기에 해당하는 기간이다. 기준 클록 생성부(130)는 한 주기 기간 동안 소정의 기준 횟수만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 기준 횟수는 일정한 값으로 고정되어 있다. 따라서 입력 전압(Vin)의 한 주기가 변동하면, 기준 클록 신호(RCLK)의 주파수가 변동한다. 기준 횟수는 기준 신호(SREF)를 전파 정류 정현파와 유사하게 생성하기 위해 필요한 기준 신호(SREF)의 값을 증감시키는 횟수이다. 본 발명의 실시 예에서는 기준 신호(SREF)를 전파 정류 정현파와 유사하게 생성하기 위해, 소정 기간 동안 점진적으로 증가시킨 후, 소정 기간 동안 점진적으로 감소시켜야 한다. 이 때 증가시키는 횟수와 감소 시키는 횟수는 일정한 값으로 고정될 수 있으며, 증가시키는 횟수와 감소시키는 횟수의 합을 기준 횟수라 한다. 기준 클록 생성부(130)는 상기 연속되는 두 개의 시점 중 두 번째 시점 이후에 입력 전압(Vin)의 한 주기 동안 기준 횟수만큼 증감하는 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 그리고 기준 클록 생성부(130)는 상기 두 번째 시점 다음에 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 세 번째 시점을 추정한다. 기준 클록 생성부(130)는 연속하는 상기 두번째 시점부터 세 번째 시점을 입력 전압(Vin)의 새로운 한 주기로 검출한다. 그 다음으로 기준 클록 생성부(130)는 세 번째 시점 이후에 입력 전압(Vin)의 한 주기 동안 기준 횟수만큼 증감하는 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 입력 전압(Vin)이 '0'이 되시 시점은 영 전압 검출 신호(ZCD)를 이용하며, 이에 대한 설명은 후술한다.
이와 같은 동작을 반복하여 입력 전압에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다.
디지털 사인파 발생부(140)는 영 전압 검출 신호(ZCD)와 기준 클록 신 호(RCLK)를 입력받고, 두 신호를 이용하여 입력 전압(Vin)에 동기된 전파 정류 정현파를 생성하기 위한 디지털 정보를 생성한다. 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 정보는 n 비트의 디지털 값이 연속적으로 나열된 형태이며, 입력 전압(Vin)의 한 주기 동안 기준 횟수와 동일한 개수의 n 비트 디지털 값을 포함한다. 영 전압 검출 신호(ZCD)를 이용하여 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 시점을 감지하고, 감지된 시점 이후 기준 클록 신호(RCLK)의 상승 및 하강 시점에 동기되어 디지털 값을 순차적으로 디지털 아날로그 변환부(150)로 전달한다. 디지털 사인파 발생부(140)는 영 전압 검출 신호(ZCD)를 이용해 입력 전압의 '0'이 되는 시점을 감지하고, 입력 전압이 '0'이 되는 시점부터 기준 클록 신호(RCLK)의 상승 또는 하강 시점에 n 비트 단위의 디지털 값을 디지털 아날로그 변환부(digital-analor converter, 이하 "DAC"라 함.)(150)로 전달한다.
디지털 값은 추정된 입력 전압(Vin)의 한 주기기간 중 반에 해당하는 기간에는 증가하고, 나머지 반에 해당하는 기간에는 감소한다. 이는 기준 회수에 따라 제어된다. 예를 들면, 기준 횟수가 26인 경우, 입력 전압(Vin)이 0이라고 추정된 시점 이후, 기준 클록 신호(RCLK)의 첫번째 상승 또는 하강 시점부터 13번째 상승 또는 하강 시점까지는 디지털 값을 증가시킨다. 디지털 값의 증가 량은 전파 정류 정현파를 생성하기 위해 적절한 값으로 설정된다. 기준 클록 신호(RCLK)의 14번째 상승 또는 하강 시점부터 26번째 상승 또는 하강 시점까지는 디지털 값을 감소 시킨다. 디지털 값의 감소 량은 전파 정류 정현파를 생성하기 위해 적절한 값으로 설정한다.
지금까지 기준 클록 신호(RCLK)의 상승 또는 하강 시점에 디지털 값을 DAC(150)로 전달하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 기준 클록 신호의 상승 시점에만 또는 하강 시점에만 디지털 값을 DAC(150)로 전달할 수 있으며, 이 때 기준 클록 신호(RCLK)의 상승 또는 하강 시점에 디지털 값을 DAC(150)로 전달하는 것에 비해 기준 클록 신호(RCLK)는 두 배의 주파수가 된다.
DAC(150)는 입력된 디지털 값을 실시간으로 아날로그 전압 신호로 변환하여 생성하여 출력한다. DAC(150)로부터 출력되는 전압 신호가 기준 신호(SREF)가 된다. 기준 신호(SREF)는 전파 정류 정현파와 유사한 형태가 된다.
이하, 도 3를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 동작을 설명한다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 입 출력 신호를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 드레인 전압(Vdrain)은 전력 스위치(23)가 턴 온되면, 실질적으로 접지 전압과 동일한 전압이 된다. 그리고 드레인 전압(Vdrain)은 전력 스위치(23)가 턴 오프되면, 입력 전압(Vin)과 실질적으로 동일한 전압이 된다. 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 아래 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112008053899309-pat00001
수학식 1에서, "VL"은 부하에 인가된 전압, "t"는 전류가 흐른 시간, 및 "L" 은인덕터(L1)의 인덕턴스(inductance)이다. 입력 전압(Vin)이 높으면, 인덕터 전류(IL)가 증가하여 듀티가 감소할 수 있다. 이 때문에, 도 3에 도시된 게이트 신호(VG)는 입력 전압(Vin)이 상승할수록 그 듀티가 감소한다.
드레인 전압(Vdrain)이 소정의 임계치(VR1) 이상이 되면, 감지 전류 생성부(111)의 트랜지스터 소자의 동작 영역이 포화 영역이 된다. 그러면 드레인 전압(Vdrain)에 무관하게 일정하고 높은 전류가 트랜지스터 소자에 흐른다. 따라서 드레인 전압(Vdrain)이 임계치(VR1) 이상인 기간 중 전력 스위치(23)가 턴 오프되면, 입력 감지 전압(VIS)은 전압(VH)이 된다. 드레인 전압(Vdrain)이 임계치(VR1) 미만이 되면, 드레인 전압(Vdrain)에 비례하는 입력 감지 전압(VIS)이 생성된다.
시점(T1)에서, 입력 감지 전압(VIS)가 기준치(VR2) 미만이 되면, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 로우 레벨이 된다. 기간(T1-T2)동안, 입력 감지 전압(VIS)는 기준치(VR2)이므로, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 로우 레벨로 유지된다.
시점(T2)에서, 입력 감지 전압(VIS)가 기준치(VR2) 이상이 되면, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 하이 레벨이 된다. 기간(T2-T3)동안, 전력 스위치(23)의 턴 오프시 입력 감지 전압(VIS)은 기준치(VR2) 이상이므로, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 하이 레벨로 유지된다.
시점(T3)에서, 입력 감지 전압(VIS)가 기준치(VR2)보다 작으므로, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 로우 레벨이 된다. 시점(T4)에서, 입력 감지 전압(VIS)이 기준치(VR2) 이상이 되어 영 전압 검출 신호(ZCD)는 하이 레벨이 된다. 기간(T3-T4)동안, 입력 감지 전압(VIS)는 기준치(VR2) 미만이므로, 영 전압 검출 신호(ZCD)는 로 우 레벨로 유지된다.
기준 클록 생성부(130)는 영 전압 검출 신호(ZCD)의 하강 시점(falling edge timing)인 시점(T1) 및 다음 하강 시점인 시점(T3) 각각을 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는연속되는 두 개의 시점으로 추정한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 기간(T1-T2) 사이의 임의의 시점을 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 시점으로 추정할 수 있다. 기간(T1-T2)는 실제 매우 짧은 기간으로 기간(T1-T2) 중 임의의 시점이나, 시점(T1) 또는 시점(T2) 중 어느 시점으로 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 시점으로 추정하여도 무방하다.
기준 클록 생성부(130)는 기간(T1-T3)을 입력 전압(Vin)의 한 주기에 해당하는 기간으로 추정하고, 기준 클록 신호(RCLK)의 주파수를 결정한다.
구체적으로, 기준 클록 생성부(130)는 추정된 한 주기를 기준 횟수로 나누어기준 클록 신호(RCLK)의 주파수를 결정한다. 기준 클록 신호(RCLK)의 주파수가 결정되면, 기준 클록 생성부(130)는 입력 전압(Vin)이 '0'이라고 추정된 시점(T1) 이후부터 결정된 주파수의 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 이하, 설명의 편의를 위해 n 비트 디지털 값은 4비트 디지털 값으로 설정하고, 기준 횟수는 26으로 설정한다.
디지털 사인파 발생부(140)는 영 전압 검출 신호(ZCD)을 감지하여 영 전압감지 신호(ZCD)가 하강하는 시점(T1)을 인식한다. 디지털 사인파 발생부(140)는 시점(T1)을 입력 신호(Vin)의 새로우 한 주기가 시작되는 시점으로 인식한다. 시점(T1)이후 첫번째 상승 시점(T11)에, 디지털 사인파 발생부(140)는 디지털 값 '0000'을 DAC(150)로 전달한다. 그러면, DAC(150)는 '0000'에 대응하는 가장 낮은 레벨의 전압을 출력한다. 하강 시점(T12)에, 디지털 사인파 발생부(140)는 디지털 값 '0001'을 DAC(150)로 전달한다. 그러면, DAC(150)는 '0001'에 대응하는 레벨의 전압을 출력한다. 디지털 값이 '0010', '0011', '0100', '0101', '0110', '0111', '1000', '1001', '1010', '1011' 및 '1100'까지 증가하는 기간 동안 DAC(150)는 디지털 값에 따라 증가 폭을 달리하여 순차적으로 전압 신호의 레벨을 증가시킨다. 이 때, 전압 레벨의 증가 폭은 전파 정류 정현파 형태와 유사하게 기준 신호(SREF)가 생성되도록 설정되면 된다. 기준 횟수가 26으로 설정되었으므로, 디지털 값이 '0000'부터 '1100'이 되면 기준 횟수의 반에 해당하는 횟수 동안 기준 신호(SREF)가 증가한 것이다. 디지털 사인파 발생부(140)는 기준 횟수의 반에 해당하는 디지털 값 '1100'을 생성하면, 다음으로 발생하는 기준 클록 신호의 상승 또는 하강 시점에 '1100'을 다시 한 번 생성하고, 그 다음 기준 클록 신호의 상승 또는 하강 시점부터 디지털 값을 순차적으로 감소시킨다. 본 발명의 실시 예에서는 기준 신호(SREF)를 전파 정류 정현파와 유사하게 생성하기 위해, 가장 높은 디지털 값 '1100'을 기준 클록 신호(SCLK)의 한 주기 동안 유지한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 기준 횟수를 높은 값으로 설정할수록, 기준 신호(SREF)는 전파 정류 정현파와 더욱 유사하게 생성된다.
시점(T21)에 디지털 사인파 발생부(140)는 디지털 값 '1100'을 생성하여 DAC(150)로 전달하고, DAC(150)는 '1100'에 대응하는 레벨의 전압을 출력한다. 시점(T22)에 디지털 사인파 발생부(140)는 디지털 값 '1011'을 생성하여 DAC(150)로 전달하고, DAC(150)는 '1011'에 대응하는 레벨의 전압을 출력한다. 이와 같이 디지털 사인파 발생부(140)는 '0000'까지 감소하는 디지털 값을 DAC(150)으로 순차적으로 전달하고, DAC(150)는 디지털 값에 대응하는 레벨의 전압 신호를 생성한다.
시점(T3) 이후, 영 전압 검출부(120)는 기간(T1-T2)을 입력 전압(Vin)의 한 주기로 추정한다. 기준 클록 생성부(130)는 시점(T3)부터 기간(T1-T2) 동안 기준 횟수 만큼 상승 및하강하는 기준 클록 신호(RCLK)를 생성한다. 디지털 사인파 발생부(140)는 기준 클록 신호(RCLK)의 상승 시점(T31)에 디지털 값 '0000'을 생성하고, DAC(150)는 디지털 값 '0000'에 대응하는 가장 낮은 레벨의 전압 신호를 출력한다. 그 이후 동작은 앞서 설명과 동일하다. 본 발명의 실시 예에서는 최소 디지털 값 '0000' 및 최대디지털 값 '1100'이 두 번씩 반복된다. 이는 기준 신호(SREF)를 전파 정류 정현파와 유사하게 생성하기 위한 설정에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
입력 전압(Vin)의 주파수 및 위상의 변화는 짧은 기간내에 급격하게 일어나지 않는다. 따라서 시점(T1) 이전, 입력 전압(Vin) 한 주기에 대응하는 기준 클록 신호(RCLK)의 주파수와 기간(T1-T2) 동안의 기준 클록 신호(RCLK)간의 주파수 차이는 무시할 수 있을 정도로 작다. 그러므로 본 발명의 실시 예에 따라 한 주기 전의 입력 전압(Vin)의 주파수 및 위상에 따라 기준 신호(SREF)의 주파수 및 위상을 설정하여도, 기준 신호(SREF)의 주파수 및 위상은 현재 입력 전압(VREF)의 주파수 및 위상과 실질적으로 유사하다.
이와 같이 본발명의 실시 예에서는 입력 전압(Vin)의 주파수 및 위상과 유사 한 주파수 및 위상을 가지는 기준 신호를 이용하여 전력 스위치(23)의 듀티를 결정한다. 감지 신호가 기준 신호(SREF)에 도달하는 시점에 듀티 제어 신호(DCS)는 하이 레벨이 되고, SR 플립플롭(13)의 리셋 단(R)에 입력된다. 그러면 게이트 신호(VG)는 로우 레벨이 되고, 전력 스위치(23)는 턴오프된다. 그리고 SR 플립플롭(13)의 셋단(S)에 하이 레벨의 클록 신호(CLK)가 입력되면 게이트 신호(VG)는 하이 레벨이 되어 전력 스위치(23)가 턴 온된다.
본 발명의 실시 예에서 영 전압 검출 신호(ZCD)가 정상적으로 발생하지 않을 수 있다. 구체적으로 입력 전압(Vin)이 임계치(VR1)보다 작아지는 시점이 감지되지 않아, 영 전압 검출 신호(ZCD)가 로우 레벨로 감소하지 않고, 하이 레벨로 유지될 수 있다. 이 경우 영 전압 검출 신호(ZCD)에 따라 입력 전압(Vin)의 주파수 및 위상을 추정할 수 없다. 그러면 영 전압 검출 신호(ZCD)의 주기를 특정할 수 없다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 영 전압 검출 신호(ZCD)의 주기를 특정할 수 없는 경우 소정의 기간 동안 증가한 후 소정의 값으로 일정하게 유지되는 기준 신호를 생성한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 동작을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영 전압 검출 신호(ZCD) 및 기준 신호(SREF)를 나타낸 도면이다.
기준 클록 생성부(130)는 영 전압 검출 신호(ZCD)의 하강 시점이 소정 시점(T5) 이후 소정 기간(T5-T6) 감지되지 않는 경우 영 전압 검출 신호(ZCD)를 비정 상으로 판단한다. 이때 영 전압 검출 신호(ZCD)가 하이 레벨로 소정 기간 이상 유지되어 입력 전압(Vin)이 '0'이 되는 시점을 검출할 수 없는경우를 판단할 수 있는 소정 시점 및 소정 기간으로 설정하면 된다. 기준 클록 생성부(130)는 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상으로 판단되면, 현재 입력 전압(Vin)의 직전 한 주기에 대응하는 기준 클록 신호(RCLK)를 디지털 사인파 생성부(140)로 전달하고, 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상임을 알린다. 구체적으로 영 전압 검출 신호(ZCD)는 디지털 사인파 생성부(140)로 별도의 제어 신호(도시하지 않음)를 출력하며, 제어 신호가 로우 레벨인 경우 영 전압 검출 신호(ZCD)가 정상 상태이며, 제어 신호가 하이 레벨인 경우 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상 상태이다. 이는 한 예시로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
디지털 사인파 생성부(140)는 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상 상태인 경우 기준 클록 신호(RCLK)에 따라 소정 기간(P1) 동안 증가한 후, 실효 임계치로 일정하게 유지되는 기준 신호(SREF)를 생성한다. 이 때, 소정 기간(P1)은 기준 신호를 천천히 상승시켜 듀티가 갑작스럽게 변하는 것을 방지할 수 있도록 설정된다. 실효 임계치는 정상 상태에서의 최대 기준 신호값(Vp)의 1/√2로 설정한다. 정상 상태의 기준 신호의 실효치로 비정상 상태의 기준 신호를 설정하여 정상 상태에 비해 전체 듀티가 동일하도록 하기 위함이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시점(T5)이후 기간(T5-T6)동안 영 전압 검출 신호(ZCD)가 하이 레벨로 유지되면, 기준 클록 생성부(130)는 영 전압 검출 신호(ZCD)를 비정상으로 판단한다. 기준 클록 생성부(130)는 제어 신호를 디지털 사 인파 생성부(140)로 전달하여 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상 상태임을 알리고, 기간(P12)동안 디지털 사인파 생성부로 전달한 기준 클록 신호(RCLK)를 디지털 사이파 생성부(140)로 전달한다.
디지털 사인파 생성부(140)는 기간(P1)동안 기준 클록 신호(RCLK)에 따라 디지털 값을 순차적으로 증가시키고, 기준 신호(SREF)가 (1/√2)*Vp에 도달하면, 기준 신호(SREF)의 레벨을 유지하는 디지털 값을 출력한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 영 전압 검출 신호(ZCD)가 비정상 상태인 경우 정상 상태의 기준 신호의 실효치를 기준 신호로 사용한다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 신호 생성부를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 입 출력 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영 전압 검출 신호 및기준 신호를 나타낸 도면이다.

Claims (20)

  1. 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치에 있어서,
    상기 스위치에 입력되는 입력 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 전압 감지부;
    상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 영 전압 검출부;
    상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 기준 클록 생성부;
    상기 기준 클록 신호 및상기 영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기동안 상기 기준 클록 신호 따라 증가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중 다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 디지털 사인파 발생부; 및
    상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 기준 신호를 생성하는 디지털 아날로그 변환부를 포함하는 스위치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 감지부는,
    제1 전극의 전압에 대응하는 전류를 생성하는 감지 전류 생성부, 및
    상기 전류에 대응하는 전압을 생성하는 전류-전압 변환부를 포함하는 스위치 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영 전압 검출부는,
    상기 스위치가 턴 오프 기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압검출 신호를 생성하는 스위치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 클록 생성부는,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의기준 시점을 이용하여 상기 영 전 압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는 비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정하는 스위치 제어 장치.
  7. 인덕터;
    상기 인덕터에 흐르는 전류를 제어하는 전력 스위치; 및
    상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포함하고,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 인덕터에 공급되는 입력 전압에 대응하는 기준 신호를 생성하고, 소정의 주기를 가지는 클록 신호를 생성하며, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류가 상기 기준 신호에 도달하면 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 클록 신호의 한 주기마다 상기 전력 스위치를 턴 온 시키는 컨버터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입력 전압은 상기 인덕터의 일단에 공급되고, 상기 전력 스위치는 상기 인덕터의 타단에 전기적으로 연결되어 있으며,
    상기 인덕터의 타단 및 상기전력 스위치 사이에 연결되어 있는 다이오드를 더 포함하고,
    상기 전력 스위치가 턴 온되면, 상기 인덕터 및 상기 전력 스위치를 포함하는 경로를 따라 전류가 흐르고,
    상기 전력 스위치가 턴 오프되면, 상기 인덕터 및 상기 다이오드를 포함하는 경로를 따라 전류가 흐르는 컨버터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 스위치가 턴 오프되었을 때, 상기 입력 전압에 대응하는 스위치 전압이상기 전력 스위치 일단에 공급되고, 상기 스위치 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 전압 감지부;
    상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 영 전압 검출부;
    상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 기준 클록 생성부;
    상기 기준 클록 신호 및상기 영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기동안 상기 기준 클록 신호 따라 증가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중 다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 디지털 사인파 발생부; 및
    상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 상기 기준 신호를 생성하는 디지털 아날로그 변환부를 포함하는 컨버터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영 전압 검출부는,
    상기 스위치가 턴 오프 기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압검출 신호를 생성하는 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준 클록 생성부는,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 횟수 만큼 상승 및하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 컨버터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기준 클록 생성부는,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시 점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 컨버터.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는 비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정하는 컨버터.
  14. 삭제
  15. 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 스위치에 입력되는 입력 전압에 대응하는 입력 감지 전압을 생성하는 단계;
    상기 입력 감지 전압이 발생하면, 소정의 제1 기준치와 비교하고 비교 결과에 따라제1 또는 제2 레벨을 가지는 영 전압 검출 신호를 생성하는 단계;
    상기 영 전압 검출 신호의 한 주기에 따라 주파수가 변하는 기준 클록 신호를 생성하는 단계;
    상기 기준 클록 신호 및상기 영 전압 검출 신호를 이용하여 상기 영전압 검출 신호에 동기되고, 상기 영 전압 검출 신호의 반 주기동안 상기 기준 클록 신호 따라 증가하고, 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기 중 다른 반 주기 동안 상기 기준 클록 신호에 따라 감소하는 디지털 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 디지털 신호에 대응하는 전압 레벨을 가지는 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하는 스위치 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치에 흐르는 전류가 상기 기준 신호에 도달하면, 상기 스위치를 턴 오프시키는 단계를 더 포함하는 스위치 제어 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 영 전압 검출 신호를 생성하는 단계는,
    상기 스위치의 턴 오프 기간 동안, 상기 입력 감지 전압이 상기 제1 기준치보다 크면 제1 레벨의 영 전압 검출 신호를 생성하고, 상기 제1 기준치 보다 작으면 제2 레벨의 영 전압검출 신호를 생성하는 스위치 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기준 클록 신호를 생성하는 단계는,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 기준 시점을 감지하고, 연속되는 두 개의 기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 기준 클록 신호를 생성하는 단계는,
    상기 영 전압 검출 신호가 상기 제1 레벨에서 상기 제2 레벨로 변하는 시점부터 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변하는 시점까지의 기간 동안 임의의 시점을 기준 시점으로 감지하고, 연속되는 두 개의기준 시점을 이용하여 상기 영 전압 검출 신호의 한 주기를 산출하며, 상기 산출된 한 주기 동안 소정의 기준 횟수 만큼 상승 및 하강하는 기준 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 영 전압 검출 신호의 주기를 특정할 수 없는 비정상 상태이면, 상기 영 전압 검출 신호가 정상 상태일 때의 상기 기준 신호 최고 값의 실효치를 상기 기준 신호로 설정하는 단계를 더 포함하는 스위치 제어 방법.
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