KR101564388B1 - 고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터 및 조정 가능한 제너 다이오드 - Google Patents

고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터 및 조정 가능한 제너 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 특히 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터를 위한 장치에 대해 개시한다. 일례에서, 상기 레귤레이터는, 제1 온도 계수를 가지고, 전력 공급 출력단(power supply output)에 연결되어 있으며 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성된 제너 다이오드, 및 제2 온도 계수를 가지고, 상기 기준 전압을 수신하고, 상기 전력 공급 출력단의 출력값(representation)을 수신하며, 상기 전력 공급 출력단의 출력값 및 상기 기준 전압을 사용하여 상기 전력 공급 출력단의 오차를 나타내는 피드백 정보를 수신하도록 구성된 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1 온도 계수 및 상기 제2 온도 계수는 상기 제너 다이오드와 상기 트랜지스터의 온도 드리프트 효과(temperature drift effect)의 적어도 일부를 감소시키도록 구성되어 있다.

Description

고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터 및 조정 가능한 제너 다이오드{HIGH EFFICIENCY, THERMALLY STABLE REGULATORS AND ADJUSTABLE ZENER DIODES}
본 발명은 레귤레이팅 디바이스에 관한 것이며, 특히 고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터 및 조정 가능한 제너 다이오드에 관한 것이다.
본 특허출원은 35 U.S.C 장 119(e) 하에서, 발명자가 듀니페이스이고, 2010년 11월 1일에 출원되었으며, 발명의 명칭이 "HIGH EFFICIENCY, THERMALLY STABLE REGULATORS AND ADJUSTABLE ZENER DIODES"인 미국 가출원 제61/408,879호를 우선권으로 주장하며, 상기 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
전기 회사들은 최근 "스마트" 전기 계량기를 사용하여 고객의 전력 사용을 모니터하기 시작했다. 한 장소에서 사용된 전체 에너지량 외에, 스마트 계량기는 에너지의 품질 및 에너지가 사용된 특정한 시간을 모니터할 수 있다. 이러한 정보를 사용하면 소비자에게 더 정확하게 요금을 청구할 수 있다. 또한, 스마트 계량기는 개인이 계량기를 관찰하지 않고서도 에너지 정보를 중앙 부서에 전송할 수 있다. 특정한 예에서, 스마트 계량기는 에너지 정보를 전송하는 데 8와트를 필요로 할 수도 있다. 전송하지 않을 때는, 스마트 계량기는 단지 0.25와트의 전력만을 사용할 수 있다. 통상적인 전력 공급 레귤레이터는 48 밀리와트(mW) 이상의 전력을 사용할 수 있다.
비전송 시간 동안, 레귤레이터는 약 20%의 계량기 전력을 사용할 수도 있다. 이것은 에너지 낭비이다. 이렇게 낭비되는 에너지는 원격 제어로 사용될 수 있는 디바이스와 같이, 대기하고 있는 동안 상황을 모니터하는 다른 디바이스들의 특성이다. 더 효율적인 전력 공급 레귤레이터로 에너지를 상당히 절약할 수 있다.
이러한 개요는 본 특허출원의 요지에 대한 개요를 제공하기 위한 것이다. 본 명세서는 본 발명에 대해 배타적이거나 또는 모든 상세한 설명을 제공하려는 것이 아니다. 본 명세서에 포함된 상세한 설명은 본 특허출원에 관한 추가의 정보를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서는 특히, 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터 및 제너 다이오드 회로를 위한 장치에 관한 것이다. 일례에서, 상기 레귤레이터는, 제1 온도 계수를 가지고, 전력 공급 출력단(power supply output)에 연결되어 있으며 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성된 제너 다이오드, 및 제2 온도 계수를 가지고, 상기 기준 전압을 수신하고, 상기 전력 공급 출력단의 출력값(representation)을 수신하며, 상기 전력 공급 출력단의 출력값 및 상기 기준 전압을 사용하여 상기 전력 공급 출력단의 오차를 나타내는 피드백 정보를 수신하도록 구성된 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1 온도 계수 및 상기 제2 온도 계수는 상기 제너 다이오드와 상기 트랜지스터의 온도 드리프트 효과(temperature drift effect)의 적어도 일부를 감소시키도록 구성되어 있다.
도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 붙인다. 서로 다른 첨자가 붙어 있는 도면부호는 유사한 구성요소의 서로 다른 예를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 본 발명에 설명된 다양한 실시예를 예를 들어 나타내지만 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터를 포함하는 전력 공급 장치에 대한 개요도이다.
도 2는 인버트형의 비절연이면서, 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다.
도 3은 절연되어 있고, 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다.
도 4는 고효율의 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드의 예에 대한 개요도이다.
도 5는 고효율의 열적으로 보상된 1차 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다.
도 6은 고전류 션트 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다.
도 7은 열적으로 보상된 정밀한 전류원에 대한 개요도이다.
스마트 계량기의 전력 레벨의 범위는 1와트(W) 내지 15W이다. 비스마트(non-smart) 계량기의 전력 레벨은 약 1W이다. 특정한 예에서, 스마트 계량기의 사양에 의하면 에너지 정보를 지속적으로 전송할 수 있으므로 전력 공급 장치의 치수는 전송 동안 사용되는 고전력 레벨용의 치수이어야 한다. 특정한 예에서, 스마트 계량기는 가정용의 전송 사이에서는 약 0.25와트를 사용할 수 있다(전체 사용 시간 중 대략 99%). 2차 전력 공급 레귤레이터에 의해 사용되는 전력은 가정에서 사용하지 않는 동안 전력 공급 장치의 전체 효율에 상당한 영향을 줄 수 있다. 종래의 레귤레이터는 최악의 경우 정상 작동을 위해서는 1mA를 필요로 하는데, 거기다가 기준 전압 분배기를 위해서는 0.5 - 1mA가 더 필요하고, 거기다가 레귤레이터가 절연되어 있는 경우에는 광학 절연기에 요구되는 전류가 더 필요하다. 전체적으로, 이것은 48mA에 이를 수 있다. 250mA 출력과 같이 전력 출력이 낮은 전력 공급 장치에서는, 이것은 대략 19.2%의 전력 소실에 이를 수 있다.
본 발명의 발명자는 특히, 고품질이고 열적으로 안정하며 저전류 기준 전압 분배기를 저전력으로 저렴하게 제공하기 위해, BJT 트랜지스터의 베이스-에미터 열 기울기(thermal gradient)와 같은 트랜지스터 접합의 열 기울기에 기초한 열 보상을 포함하는 제너 다이오드 기반의 레귤레이터를 인식하고 있었다. 특정한 예에서 예시적인 레귤레이터는 단지 수 밀리와트만을 사용할 수 있으므로 저전력 어플리케이션에 사용되는 전력 공급 장치의 전체적인 효율을 상당히 향상시킬 수 있다.
특정한 예에서, 고효율 레귤레이터는 6.25mA보다 적게 사용할 수 있다(250mA 출력에서 대략 3%의 손실). 천 만개의 스마트 계량기를 고효율 레귤레이터를 사용하여 설치하는 경우, 약 500,000와트의 전력을 절약할 수 있다.
도 1은 예시적인 고효율 레귤레이터(101)를 포함하는 전력 공급 장치(100)의 블록도에 대한 개요도이다. 전력 공급 장치(100)는 전력 공급 제어기(102), 전력 전자 기기(103), 및 레귤레이터(101)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 전력 공급 제어기(102) 및 전력 전자 기기(103)는 플라이 백 토폴로지(fly back topology), 버크 토폴로지(buck topology), 하프 브리지 드라이버(half bridge drive), 풀 브리지 드라이버(full bridge driver), 전력 인자 보정(power factor correction: PFC) 제어기, 펄스 폭 변조(PWM) 제어기, 공진형 토폴로지 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 일례에서, 전력 공급 제어기(102)는 펄스 폭 변조 제어기를 포함할 수 있고 전력 전자 기기(103)는 하나 이상의 전력 스위치, 정류기, 절연 구성요소 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 전력 공급 장치(100)는 전력 전자 기기(103)를 통해 입력 전압 VIN을 수신할 수 있다. 전력 공급 레귤레이터(102)는 바람직한 출력 전압 VOUT 또는 전류를 공급하기 위해 전력 전자 기기(103)를 제어하는 커맨드 신호를 제공할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(101)는 출력 전압 VOUT과 기준 전압(도시되지 않음)을 비교하여 피드백 정보(104)를 전력 공급 제어기(102)에 제공할 수 있다. 전력 공급 제어기(102)는 전력 전자 기기(103)의 제어를 수정하여 피드백 정보(104)에 수신된 임의의 출력 전압 또는 전류 오차를 보정할 수 있다.
도 2는 인버트형의 비절연이면서, 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다. 레귤레이터(201)는 전압 분배기(205)를 포함할 수 있으며, 상기 전압 분배기(205)는 제너 다이오드(206) 및 제1 및 제2 저항기(207, 208)를 포함한다. 전압 분배기(205)는 출력 전압 VOUT에 연결될 수 있다. 전압 분배기(205)의 바이어스 노드(209)는 바이폴라 접합(BJT) 트랜지스터의 베이스 노드와 같은 트랜지스터(210)의 제어 노드에 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특정한 예에서, 트랜지스터(210)는 약 400의 이득(gain)을 포함할 수 있다. 출력 전압 VOUT이 변동하면, 트랜지스터(210)의 임피던스가 출력 전압 VOUT에 의해 반대로 변할 수 있다. 일례에서, 트랜지스터(210)는 피드백 정보(204)를 제공할 수 있고 전력 공급 제어기의 피드백 입력에 연결되어 전력 공급 장치의 루프를 폐쇄할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(201)는 약 50 마이크로암페어(㎂)의 명목 바이어스 전류로 동작할 수 있다. 특정한 예에서, 제너 다이오드(206), 제1 저항기(207), 및 제2 저항기(208)는 특정한 출력 전압 VOUT을 위해 선택될 수 있다. 이하의 표 1은 다양한 출력 전압에 대한 특정한 디바이스 선택을 나타낸다.
(표 1)
Figure 112011086043366-pat00001
저전력의 고효율 레귤레이터를 제공하는 것 외에, 예시적인 레귤레이터(201)는 또한 전력 공급 장치의 온도 드리프트 성능(temperature drift performance)을 향상시킬 수 있다. 일반적으로 전력 공급 구성요소의 온도가 변하면, 전자 구성요소의 성능도 변할 수 있다. 그 변화의 측정을 온도 계수로 나타낼 수 있으므로 디바이스 동작 조건의 변화를 온도 드리프트 효과(temperature drift effect)라 말할 수 있다. 특정한 예에서, 제너 다이오드(206)의 온도 계수 및 트랜지스터(210)의 베이스-에미터 접합의 온도 계수는, 제너 다이오드와 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부뿐만 아니라 레귤레이터의 그 결합된 온도 드리프트 효과도 감소시키도록 구성될 수 있다. 도 2의 예시적인 레귤레이터는 제너 다이오드(206)와 트랜지스터(210)의 베이스-에미터 접합의 상보 온도 계수(complementary temperature coefficient)를 통해 보상된 온도일 수 있다. 일례에서, 24볼트 레귤레이터를 위한 제너 다이오드는 섭씨 당 약 15 밀리볼트(15 mV/℃)의 온도 계수를 가질 수 있고, 트랜지스터의 베이스-에미터 접합의 온도 계수는 약 2.18 mV/℃일 수 있다. 제너 다이오드와 트랜지스터를 사용하는 도 1의 예시적 레귤레이터의 온도 계수는 -1.750 mV/℃ 정도로 낮을 수 있다. 특정한 예에서, 제너 다이오드와 트랜지스터의 각각의 온도 계수(thermal coefficient)는, 제너 다이오드 온도 계수가, 트랜지스터 접합 온도 계수와 제1 저항기(207)의 저항에 대한 제2 저항기(208)의 저항의 비율의 곱과 실질적으로 동일하게 되도록 선택될 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터는 레귤레이션 루프 안정성을 확보하기 위해 필터(211)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 집적회로는 트랜지스터(210) 및 제너 다이오드(206)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(210) 및 제너 다이오드(206)는 열적으로 보상된 레귤레이터를 제공할 수 있다. 이러한 예에서, 바람직한 출력 전압 VOUT을 제공하기 위해, 제1 저항기(207) 및 제2 저항기(208)와 같은, 집적회로 외부의 구성요소를 선택할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(201)는 출력 전류를 조정할 수 있다. 특정한 예에서 출력 전압의 상한은 트랜지스터(210)의 능력에 의해 결정될 수 있다. 특정한 예에서, 출력 전압의 하한은 제너 다이오드(206)의 제너 전압에 의해 결정될 수 있다. 특정한 예에서, 저전압 레귤레이터는 발광 다이오드(LED)를 사용하여 제너 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 적색 LED는 약 1.65 볼트의 제너 전압을 제공할 수 있다.
특정한 예에서, 레귤레이터(201)는 제너 다이오드(206) 양단에 전압 강하를 일으키는 전류를 반복적으로 조정할 수 있으며, 이에 의해 출력 전압 VOUT이 더 안정적으로 된다.
도 3은 절연되어 있고, 고효율의 열적으로 보상된 레귤레이터의 예에 대한 개요도이다. 레귤레이터(301)는 제1 및 제2 저항기(307, 308)를 구비하는 전압 분배기(305), 바이어스 저항기(312), 제너 다이오드(306), 트랜지스터(310), 및 전류 제한 저항기(314)를 구비하는 피드백 광학 절연기(313)를 포함한다. 특정한 예에서, 제너 다이오드(306)는 트랜지스터(310)의 에미터에서 기준 전압을 제공할 수 있으며 전압 분배기(305)는 트랜지스터(310)의 제어 노드에서 출력 전압 VOUT을 제공할 수 있다. 트랜지스터(310)는 이러한 값들을 비교하고, 피드백 광학 절연기(313)의 전류를 사용해서, 출력 전압 오차의 표시를 포함한, 피드백 정보(304)를 제공할 수 있다. 표 2는 출력 전압 VOUT의 다양한 값의 조정을 제공하기 위해 예시적인 레귤레이터(301)의 디바이스 특성의 예시적인 값들을 나타내고 있다. 특정한 예에서, 출력 전압 VOUT은 약 8 볼트 내지 약 100 볼트의 범위에서 선택될 수 있다.
(표 2)
Figure 112011086043366-pat00002
특정한 예에서, 이하의 일반식을 사용해서, 출력 전압 VOUT이 선택될 수 있고, 그 조정된 다양한 값이 선택될 수 있다.
Figure 112011086043366-pat00003
여기서, VREF는 제너 다이오드(306)와 트랜지스터(310)의 베이스-에미터 접합의 양단의 전압을 포함하고, R1은 제1 저항기(307)의 값을 포함하며, R2는 제2 저항기(308)의 값을 포함한다.
저전력의 고효율 레귤레이터를 제공하는 것 외에, 예시적 레귤레이터(301)는 또한 전력 공급 장치의 온도 드리프트 성능을 향상시킬 수 있다. 도 3의 예시적인 레귤레이터(301)는 제너 다이오드(306)와 트랜지스터(310)의 베이스-에미터 접합의 상보 온도 계수를 통해 보상된 온도이다. 표 2는 그 선택된 제너 다이오드 및 트랜지스터에 따라, 출력 온도 계수 오차가 전체 출력 전압 범위에 걸쳐 약 -24 ppm/℃임을 나타내고 있다. 특정한 예에서, 집적회로는 레귤레이터 안정성을 확보하기 위해 필터(311)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 집적회로는 트랜지스터(310)와 제너 다이오드(306)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(310) 및 제너 다이오드(306)는 열적으로 보상된 레귤레이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 바람직한 출력 전압 VOUT을 제공하기 위해, 제1 저항기(307) 및 제2 저항기(308)와 같은, 집적회로 외부의 구성요소를 선택할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(301)는 출력 전류를 조정할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(301)는 출력 전류를 조정할 수 있다.
일례에서, 12 볼트 전력 공급 장치의 경우, 전류 제한 저항기(314)는 약 2.2 kohms일 수 있고, 바이어스 저항기(312)는 약 510 kohms일 수 있다. 이러한 예에서, 레귤레이터의 동작 전류는 약 260㎂일 수 있다.
도 4는 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)의 예에 대한 개요도이다. 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)는 제1 저항기(407)와 제2 저항기(408)를 구비하는 전압 분배기(405), 제너 다이오드(406), 및 트랜지스터(410)를 포함할 수 있다. 일례에서, 트랜지스터(410)는 출력 전압 VOUT과 제너 다이오드(406) 양단의 기준 전압을 비교한다. 일례에서, 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)는 1차 레귤레이터의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 특정한 예에서, 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)는 제3 저항기(412)를 포함함으로써, 전류를 저전압으로 전도하도록 할 수 있다. 일례에서, 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)는 출력 전압 VOUT을 12 볼트로 조정할 수 있다. 이러한 예에서, 레귤레이터(401)는 6.2 항복 전압을 가지는 제너 다이오드(406)를 포함할 수 있고, 제1 저항기(407)는 약 137 kohms일 수 있고, 제2 저항기(408)는 약 86.6 kohms일 수 있으며, 바이어스 저항기는 약 430 kohms일 수 있다. 레귤레이터의 동작 전류는 약 60 ㎂일 수 있다. 또한, 제너 다이오드(406) 및 트랜지스터(410)의 베이스-에미터 접합을, 출력 전압 VOUT의 온도 계수 오차가 약 -24 ppm/℃가 되도록 구성함으로써, 정밀한 제너 다이오드(420)의 열적 보상을 제공할 수 있다. 도 4의 열적으로 보상된 정밀한 제너 다이오드(420)를 사용하여 다른 구성요소의 값 및 다른 출력 전압이 실현될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 표 2에 열거된 출력 전압은 제1 및 제2 저항기(407, 408)에 대한 대응하는 저항값 및 제너 다이오드(406)에 대한 대응하는 제너 전압을 사용해서 실현될 수 있다. 특정한 예에서, 집적회로는 트랜지스터(410) 및 제너 다이오드(406)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 바람직한 출력 전압 VOUT을 제공하기 위해, 제1 저항기(407) 및 제2 저항기(408)와 같은, 집적회로 외부의 구성요소를 선택할 수 있다. 일례에서, 제2 저항기(408)를 조정할 수 있으며, 이러한 조정 가능한 제2 저항기(408)를 통해 출력 전압을 선택할 수 있다
도 5는 고효율의 열적으로 보상된 1차 레귤레이터(501)의 예에 대한 개요도이다. 레귤레이터(501)는 제너 다이오드(506), 제1 트랜지스터(510), 풀-업 저항기(515), 출력 패스 트랜지스터(516), 및 제1 저항기(507)와 제2 저항기(508)를 구비하는 전압 분배기(505)를 포함할 수 있다. 일례에서, 레귤레이터(501)는 제1 트랜지스터(510)의 콜렉터로부터 피드백 정보(504)를 수신하기 위해 출력 패스 트랜지스터(516)를 포함할 수 있으며 공급 전압 VS를 사용하여 출력 전압 VOUT을 변조할 수 있다. 일례에서, 피드백 정보(504)는 출력 전압 VOUT의 오차를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 출력 패스 트랜지스터(516)는 달링톤 트랜지스터(Darlington transistor) 또는 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와 같은 고이득 트랜지스터를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(501)의 출력 전압 VOUT은 전력 공급 제어기와 같은 전력 공급 장치의 다른 구성요소에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 바이폴라 접합 트랜지스터를 사용하는 예에서, 풀-업 트랜지스터(515)는 약 300 khoms일 수 있고 제너 다이오드(506)는 약 6.8 볼트의 항복 전압을 가질 수 있다. 제1 저항기(507)는 약 162 kohms일 수 있고 제2 저항기(508)는 324 kohms일 수 있다. 이러한 레귤레이터는 약 35㎂를 사용하여 약 12 볼트의 출력 전압을 제공할 수 있다. 특정한 예에서, 레귤레이터(501)는 루프 안정성을 확보하기 위해 필터(511)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 필터(511)는 제1 트랜지스터(510)의 제어 노드와 제2 트랜지스터(515)의 제어 노드 사이에 직렬로 연결된 커패시터 및 저항기를 포함할 수 있다. 고효율 레귤레이터를 제공하는 것 외에, 도 5의 예시적인 레귤레이터(501)는 열적 보상을 제공할 수 있다. 일례에서, 제너 전압이 약 6.8 볼트인 제너 다이오드(506)는 약 2.658 mV/C의 온도 계수를 가질 수 있다. 약 -2.18 mV/C의 베이스-에미터 온도 계수를 가지는 제1 트랜지스터와 같은 제1 트랜지스터(510)와의 조합으로, 레귤레이터(501)는 12 볼트 출력을 위해 약 0.72 mV/C 또는 약 60 ppm/℃의 출력 온도 계수를 가질 수 있다. 특정한 예에서, 집적회로는 트랜지스터(510) 및 제너 다이오드(506)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(510) 및 제너 다이오드(506)는 열적으로 보상된 레귤레이터를 제공하기 위해 상보형 온도 계수를 각각 가질 수 있다. 이러한 예에서, 바람직한 출력 전압 VOUT을 제공하기 위해, 제1 저항기(507) 및 제2 저항기(508)와 같은, 집적회로 외부의 구성요소를 선택할 수 있다. 도 2 내지 도 5에서 설명된 예는 바이폴라 접합 트랜지스터를 사용하고 있지만, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 타입의 트랜지스터를 사용하여, 열적으로 보상되고, 레귤레이터에 기반한 제너 다이오드를 제공할 수 있음은 물론이다. 특정한 예에서, 레귤레이터(501)는 출력 패스 트랜지스터(516)를 통하는 전류와 같은 출력 전류를 조정할 수 있다.
도 6은 고전류 션트 레귤레이터(high-current shunt regulator)(600)의 예에 대한 개요도이며, 상기 고전류 션트 레귤레이터(600)는 제너 다이오드(606), 트랜지스터(610), 전압 분배기(605), 풀-업 저항기(632), 전류 제한 저항기(631) 및 전력 트랜지스터(630)를 포함한다. 일례에서, 전력 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터 또는 MOSFET를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특정한 예에서, 전압 분배기(605)는 제1 저항기(607) 및 제2 저항기(608)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 제너 다이오드 및 트랜지스터의 접합은 기준 전압 VREF를 규정한다. 출력 전압 VOUT은 제1 저항기(607)의 저항 R1에 대한 제2 저항기(608)의 저항 R2의 비율로 기준 전압에 실질적으로 비례할 수 있으므로, 다음과 같은 식으로 된다.
Figure 112011086043366-pat00004
일례에서, 출력 전압 VOUT이 입력 전압 VIN의 변화에 의해 더 높게 또는 더 낮게 변하면, 전압 분배기(605)는 이에 대응하여 VREF를 변화시킨다. VREF가 변화되는 것에 대응해서, 트랜지스터(610)는 전술한 식에 의해 성립된 VOUT을 유지하도록 전력 트랜지스터(630)의 게이트에서 전압을 변화시킨다. 예를 들어, 입력 전압 VIN이 상승하여 기준 전압 VREF 및 출력 전압 VOUT이 증가하면, 전력 트랜지스터(630)는 션트 전류를 증가시키고 그 결과 전류 제한 저항기(631)에 더 많은 전류가 흐르게 되어 전류 제한기(631) 양단의 전압 강하가 더 크게 되므로 바람직하게 낮은 출력 전압 VOUT을 유지할 수 있게 된다. 입력 전압 VIN이 감소하여 기준 전압 VREF 및 출력 전압 VOUT이 감소하면, 전력 트랜지스터(630)는 션트 전류를 감소시키고 그 결과 전류 제한 저항기(631)에 더 적은 전류가 흐르게 되어 전류 제한기(631) 양단의 전압 강하가 감소하여 바람직하게 높은 출력 전압 VOUT을 유지할 수 있게 된다.
일례에서, 제2 저항기(608)를 조정하여 출력 전압 VOUT이 선택될 수 있도록 상기 제2 저항기(608)를 조정할 수 있다. 특정한 예에서, 고전류 션트 레귤레이터가 열적으로 보상되도록 트랜지스터(610) 및 제너 다이오드(606)는 상보형 온도 계수를 각각 가지도록 선택될 수 있다. 일례에서, 집적회로는 트랜지스터(610) 및 제너 다이오드(606)를 포함할 수 있다.
도 7은 열적으로 보상된 정밀한 전류원(700)에 대한 개요도이며, 상기 열적으로 보상된 정밀한 전류원(700)은 제너 다이오드(706), 트랜지스터(710), 감지 저항기(740), 풀-업 저항기(741), 및 전력 트랜지스터(742)를 포함한다. 일례에서, 전력 트랜지스터(742)는 바이폴라 트랜지스터 또는 MOSFET를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특정한 예에서는, 입력 전압 VIN에 관계없이 출력 전류 IOUT을 선택할 수 있다. 특정한 예에서, 트랜지스터(710)와 제너 다이오드(706)의 제너 전압과 감지 저항기(740)의 저항값 RS를 선택하면 출력 전류 IOUT의 값을 결정할 수 있으므로, 다음과 같은 식이 된다.
Figure 112011086043366-pat00005
여기서 VREF는 제너 다이오드와 상기 제너 다이오드에 연결된 트랜지스터의 접합의 양단에 걸리는 전압일 수 있다. 입력 전압 VIN은 VFEF을 충분히 유지할 정도의 높은 전압을 유지하지 않음으로써 정밀한 전류원이 기능하지 않도록 할 수 있다. 일례에서, 출력 전류 IOUT이 감지 저항기(740)의 조정을 통해 선택될 수 있도록 상기 감지 저항기(740)가 조정될 수 있다. 특정한 예에서, 상기 정밀한 전류원이 열적으로 보상되도록 감지 저항기(740) 및 제너 다이오드(706)는 상보형 온도 계수를 가지도록 선택될 수 있다. 일례에서, 집적회로는 트랜지스터(710) 및 제너 다이오드(706)를 포함할 수 있다.
특정한 예에서, 키트(kit)는 집적회로 및 도 2 내지 도 7에 도시된 것과 같은 예시적인 회로를 만들기 위한 명령어를 포함할 수 있다. 일례에서, 상기 키트의 집적회로는 상보형 온도 계수를 각각 가지는 트랜지스터 및 제너 다이오드를 포함하여, 도 2 또는 도 7의 하나 이상의 열적으로 보상된 회로 또는 저전력 회로를 만들 수 있다.
추가 사항
예 1에서, 레귤레이터는 제1 온도 계수를 가지는 제너 다이오드 및 제2 온도 계수를 가지는 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 상기 제너 다이오드는 전력 공급 출력단에 연결되고 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성될 수 있으며, 상기 트랜지스터는 기준 전압을 수신하고, 전력 공급 출력단의 출력값(representtion)을 수신하며, 상기 전력 공급 출력단의 출력값 및 상기 기준 전압을 사용해서 전력 공급 출력단의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하도록 구성될 수 있으며, 상기 제1 온도 계수와 상기 제2 온도 계수는 제너 다이오드 및 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부를 감소시키도록 구성되어 있다.
예 2에서, 예 1의 레귤레이터는 전력 공급 출력단에 연결된 제1 저항기, 및 상기 제1 저항기와 직렬로 접지에 연결된 제2 저항기를 선택적으로 포함하며, 트랜지스터의 제어 노드는 제1 저항기 및 제2 저항기에 연결된 노드로부터 기준 전압의 적어도 일부를 수신하도록 구성되어 있다.
예 3에서, 예 1 및 예 2 중 임의의 하나 이상의 예의 제너 다이오드는 트랜지스터와 접지 사이에 선택적으로 연결된다.
예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 출력단은 조정된 출력 전류와 같은, 출력 전류를 제공하도록 선택적으로 구성될 수 있다.
예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 출력단은 조정된 출력 전압과 같은, 출력 전압을 제공하도록 선택적으로 구성될 수 있다.
예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 임의의 하나 이상의 예의 출력 전압 VOUT은 다음과 같이 선택적으로 주어질 수 있다.
VOUT = VREF(1+R1/R2)
여기서, VREF는 기준 전압이고, R1은 제1 저항기의 저항값이며, R2는 제2 저항기의 저항값이다.
예 7에서, 예 1 및 예 2 중 임의의 하나 이상의 예의 제너 다이오드는 제1 저항기 및 제2 저항기와 직렬로 선택적으로 연결된다.
예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 출력단은 조정된 출력 전류와 같은, 출력 전류를 제공하도록 구성될 수 있다.
예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 출력단은 조정된 출력 전압과 같은, 출력 전압을 제공하도록 선택적으로 구성될 수 있다.
예 10에서, 예 1 내지 예 9 중 임의의 하나 이상의 예의 제2 온도 계수에 대한 제1 온도 계수의 비율은 제2 저항기의 저항에 대한 제1 저항기의 저항의 비율과 선택적으로 실질적으로 동일하다.
예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상의 예의 제1 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 포지티브 전압 변화를 선택적으로 포함하며, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상의 예의 제2 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 네거티브 전압 변화를 선택적으로 포함한다.
예 12에서, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상의 예의 제1 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 네거티브 전압 변화를 선택적으로 포함하며, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상의 예의 제2 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 포지티브 전압 변화를 선택적으로 포함한다.
예 13에서, 예 1 내지 예 12 중 임의의 하나 이상의 예의 집적회로는 트랜지스터 및 제너 다이오드를 선택적으로 포함한다.
예 14에서, 전력 공급 장치는 전력 공급 제어기, 입력 전압을 수신하고 상기 전력 공급 제어기로부터의 커맨드 신호를 사용하여 출력을 제공하도록 구성된 전력 전자 기기, 및 상기 출력을 수신하고 상기 전력 공급 제어기에 피드백 정보를 제공하도록 구성된 레귤레이터를 포함할 수 있다. 상기 레귤레이터는 제1 온도 계수를 가지는 제너 다이오드 및 제2 온도 계수를 가지는 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 상기 제너 다이오드는 전력 공급 출력단에 연결되고 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성될 수 있으며, 상기 트랜지스터는 기준 전압을 수신하고, 상기 전력 공급 출력단의 출력값을 수신하며, 상기 전력 공급 출력단의 출력값 및 상기 기준 전압을 사용해서 전력 공급 출력단의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하도록 구성될 수 있으며, 상기 제1 온도 계수와 상기 제2 온도 계수는 제너 다이오드 및 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부를 감소시키도록 구성되어 있다.
예 15에서, 예 1 내지 예 14 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 제어기는 펄스 폭 변조 제어기를 선택적으로 포함하고 전력 전자 기기는 전력 트랜지스터를 포함한다.
예 16에서, 예 1 내지 예 15 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 제어기는 플라이백 전력 공급 제어기(flyback power supply controller)를 포함한다.
예 17에서, 예 1 내지 예 16 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 제어기는 하프 브리지 드라이버(half bridge drive)를 포함한다.
예 18에서, 예 1 내지 예 17 중 임의의 하나 이상의 예의 전력 공급 제어기는 풀 브리지 드라이버(full bridge drive)를 포함한다.
예 19에서, 출력을 조정하는 방법은 제1 온도 계수를 가지는 제너 다이오드에 연결된 전력 공급 출력단을 사용해서 기준 전압의 적어도 일부를 제공하는 단계, 상기 제너 다이오드에 연결된 트랜지스터에서 상기 기준 전압을 수신하는 단계, 상기 전력 공급 출력단의 출력값을 트랜지스터에서 수신하는 단계, 상기 전력 공급 출력단의 출력값과 상기 기준 전압을 사용해서 상기 전력 공급 출력단의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하는 단계, 및 상기 제1 온도 계수와 상기 제2 온도 계수를 사용해서 제너 다이오드와 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 상세한 설명은 이러한 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조할 수 있다. 도면은 본 발명이 실행될 수 있는 특정한 실시예를 도해를 통해 보여주고 있다. 이러한 실시예를 여기서는 "예"라고도 한다. 본 문서에서 언급된 모든 공개문헌, 특허, 및 특허문헌은 그 전체 내용이 본 명세서에 원용된다. 본 명세서와 이러한 원용된 문서 간에 일치하지 않는 사용법이 있으면, 원용된 문서(들)에서의 사용법이 본 명세서의 사용법을 보완하는 것으로 고려되어야 한다. 양립할 수 없는 불일치에 있어서는, 본 명세서의 사용법이 우선이다.
본 명세서에서, "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"의 임의의 다른 예 또는 용법과는 관계없이, "하나" 또는 "하나의"는 특허 문헌에서 공통으로서, 하나 이상을 포함한다. 본 명세서에서, "또는"은 비배타적임을 언급하는 데 사용되며, 이에 따라 "A 또는 B"는 다른 것을 나타내지 않는 한, "A가 아닌 B", "B가 아닌 A", 및 "A 및 B"를 포함한다. 첨부된 청구의 범위에서, "포함하는" 및 "여기에서"는 "구비하는" 및 "이와 같은"과 각각 동등한 뜻이다. 또한, 이하의 청구의 범위에서, "포함하는" 및 "구비하는"은 개방적인 것이며, 즉, 청구의 범위에서의 용어가 청구의 범위의 범주 내에서 해당된 후에 열거된 것들 외의 구성요소를 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 또는 공정이다. 또한, 이하의 청구의 범위에서, "제1", "제2", "제3" 등은 단지 라벨로서 사용된 것일 뿐, 그 대상에 대한 수치적 조건을 부과하려는 의도가 아니다. 여기서 개시된 방법에 대한 예는 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터가 실행 가능하다.
전술한 상세한 설명은 예시를 목적으로 하며 제한을 목적으로 하는 것이 아니다. 예를 들어, 전술한 예(또는 그것들의 하나 이상의 관점)은 서로 조합해서 사용될 수 있다. 당업자가 전술한 상세한 설명을 검토해 봄으로써, 다른 실시예가 사용될 수도 있다. 요약서는 독자가 기술적 개시의 속성을 신속하게 확인할 수 있도록 37 C.F.R.§1.27(b)를 따르도록 제공된다. 청구의 범위의 범주 또는 의미를 해석 또는 제한하는 데 사용되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 함께 그룹화되어 설명을 합리적으로 할 수도 있다. 이것은 청구되지 아니한 개시된 특징이 어떠한 청구의 범위에도 본질적으로 되도록 의도된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 오히려, 본 발명의 요지는 특별히 개시되지 않은 실시예의 모든 특징들조차 망라한다. 그러므로 이하의 청구의 범위는 여기서 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 개별의 실시예로서 그 자체를 유지한다. 본 발명의 범주는 청구의 범위에 권리가 부여되는 완전한 등가의 범주와 함께 첨부된 청구의 범위를 참조하여 결정될 수 있다.

Claims (17)

  1. 레귤레이터에 있어서,
    제어 노드에서 레귤레이터의 출력 전압의 값(representation)을 수신하도록 구성되는 바이폴라 접합 트랜지스터; 및
    제1 온도 계수를 가지고, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터에서 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성된 제너 다이오드
    를 포함하고,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터는 제2 온도 계수를 구비하고, 상기 기준 전압을 수신하며, 상기 출력 전압의 값 및 상기 기준 전압을 이용하여 상기 출력 전압의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하도록 구성되고,
    상기 제1 온도 계수 및 상기 제2 온도 계수는 상기 제너 다이오드와 상기 트랜지스터의 온도 드리프트 효과(temperature drift effect)의 적어도 일부를 감소시키도록 구성된, 레귤레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전압에 연결된 제1 저항기; 및
    상기 제1 저항기와 함께 직렬로 접지에 연결된 제2 저항기
    를 더 포함하며,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 제어 노드는 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기에 연결된 노드로부터 상기 기준 전압의 적어도 일부를 수신하도록 구성된, 레귤레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제너 다이오드는 상기 바이폴라 접합 트랜지스터와 접지 사이에 연결된, 레귤레이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력 전압 VOUT은 다음과 같이 주어지며,
    VOUT = VREF(1+R1/R2)
    여기서 VREF는 기준 전압이고, R1은 제1 저항기의 저항값이며, R2는 제2 저항기의 저항값인, 레귤레이터.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 포지티브 전압 변화를 가지며, 상기 제2 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 네거티브 전압 변화를 가지는, 레귤레이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 네거티브 전압 변화를 가지며, 상기 제2 온도 계수는 온도가 증가함에 따라 포지티브 전압 변화를 가지는, 레귤레이터.
  11. 제1항에 있어서,
    집적회로가 상기 트랜지스터 및 상기 제너 다이오드를 포함하는, 레귤레이터.
  12. 전력 공급 장치에 있어서,
    전력 공급 제어기;
    입력 전압을 수신하고 상기 전력 공급 제어기로부터의 커맨드 신호를 이용해서 출력을 제공하도록 구성된 전력 전자 기기(power electronics); 및
    상기 출력을 수신하고 상기 전력 공급 제어기에 피드백 정보를 제공하도록 구성된 레귤레이터
    를 포함하며,
    상기 레귤레이터는,
    제어 노드에서 전력 공급 장치의 상기 출력의 값을 수신하도록 구성되는 바이폴라 접합 트랜지스터;
    제1 온도 계수를 가지고, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터에서 기준 전압의 적어도 일부를 제공하도록 구성된 제너 다이오드
    를 포함하고,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터는 제2 온도 계수를 구비하고, 상기 기준 전압을 수신하며, 상기 출력의 값 및 상기 기준 전압을 이용하여 상기 출력의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하도록 구성되고,
    상기 제1 온도 계수 및 상기 제2 온도 계수는 상기 제너 다이오드와 상기 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부를 감소시키도록 구성된, 전력 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전력 공급 제어기는 펄스 폭 변조 제어기를 포함하고 상기 전력 전자 기기는 전력 트랜지스터를 포함하는, 전력 공급 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전력 공급 제어기는 플라이백 전력 공급 제어기(flyback power supply controller)를 포함하는, 전력 공급 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전력 공급 제어기는 하프 브리지 드라이버(half bridge drive)를 포함하는, 전력 공급 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 전력 공급 제어기는 풀 브리지 드라이버(full bridge drive)를 포함하는, 전력 공급 장치.
  17. 출력 전압을 조정하는 방법에 있어서,
    제1 온도 계수를 가지는 제너 다이오드를 이용하여 기준 전압의 적어도 일부를 제공하는 단계;
    바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터에서 상기 기준 전압의 적어도 일부를 수신하는 단계로서, 상기 에미터는 상기 제너 다이오드에 연결되며, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터는 제2 온도 계수를 구비하는, 기준 전압 수신 단계;
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 제어 노드에서 전력 공급 출력 전압의 값을 수신하는 단계;
    전력 공급 출력 전압의 오차를 나타내는 피드백 정보를 제공하기 위해 상기 바이폴라 접합 트랜지스터를 이용하여 상기 전력 공급 출력 전압의 값과 상기 기준 전압의 적어도 일부를 비교하는 단계; 및
    상기 제1 온도 계수와 상기 제2 온도 계수를 이용해서 상기 제너 다이오드와 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 온도 드리프트 효과의 적어도 일부를 감소시키는 단계
    를 포함하는, 출력 전압을 조정하는 방법.
KR1020110112990A 2010-11-01 2011-11-01 고효율의 열적으로 안정된 레귤레이터 및 조정 가능한 제너 다이오드 KR101564388B1 (ko)

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