KR101658208B1 - 스위치-모드 전력 공급 장치용 소프트-버스트 회로 - Google Patents

스위치-모드 전력 공급 장치용 소프트-버스트 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소프트-버스트 회로, 이를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치, 및스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법에 관한 것이다.
소프트-버스트 회로는 부하로 출력 전력을 공급하기 위해 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어한다. 소프트-버스트 회로는 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 설정하기 위한 제어 신호를 전달받는 집적 회로를 포함한다. 소프트-버스트 회로는 제 1 저항을 통해 콘트롤 핀에 연결되어 있고, 제1 저항의 일단에 연결된 일단을 포함하는 커패시터, 제어 신호를 받는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터 및 제 1 트랜지스터의 타단에 연결되어 있는 일단, 및 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터를 더 포함한다. 제2 트랜지스터의 일단은 기준 신호에 연결되어 있고, 제2 트랜지스터는 상기 제어 신호에 기초하여 커패시터를 방전시키며, 제2 트랜지스터의 스위칭은 제1 트랜지스터에 의해 제어된다.

Description

스위치-모드 전력 공급 장치용 소프트-버스트 회로{SOFT-BURST CIRCUIT FOR SWITCHED-MODE POWER SUPPLIES}
본 발명은 일반적으로 전기 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위치-모드 전력 장치를 위한 소프트 버스트 회로에 관한 것이다.
전력 공급 장치는 입력 전력을 제어하여 부하에 필요한 출력 전력을 생성 및 부하에 공급하는 전기 회로이다. 특히 전력 공급 장치의 하나인 스위치-모드 전력 장치는 요구되는 출력 전압 범위 내에서 출력 전압이 유지되도록 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. 구체적으로, 전력 스위치는 단일 트랜지스터 또는 동기적으로 스위칭 동작하는 두 개의 트랜지스터로 구현될 수 있다.
다만, 스위치-모드 전력 장치(switched-mode power supply) 회로가 가진 한가지 문제점은 사용자가 원하지 않는 가청 노이즈(audible noise)가 발생한다. 이런 가청 노이즈는 출력 트랜지스터들의 스위칭 주파수가 가변할 때 발생할 수 있다. 출력 트랜지스터란 앞서 언급한 바와 같이, 요구되는 출력 전압 범위 내에서 출력 전압이 유지되도록 스위칭 동작하는 스위치-모드 전력 장치의 스위칭 소자를 의미한다.
가청 노이즈는 경 부하 레벨에서 출력 트랜지스터를 끄기 위해 펄스-스킵핑(pulse-skipping) 기술을 사용하는 고효율 전력 공급 장치에서 특히 문제가 되다.
본 발명이 해결하려는 과제는 가청 노이즈를 방지하거나 적어도 최소화할 수 있는 소프트-버스트 회로, 이를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 및 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 스위치-모드 전력 공급 장치를 위한 소프트-버스트 회로는, 부하로 출력 전력을 공급하기 위해 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어하고, 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 설정하기 위한 제어 신호를 전달받는 콘트롤 핀을 포함하는 집적 회로; 제 1 저항을 통해 콘트롤 핀에 연결되어 있고, 제1 저항의 일단에 연결된 일단을 포함하는 커패시터; 상기 제어 신호를 받는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터; 및 상기 제 1 트랜지스터의 타단에 연결되어 있는 일단, 및 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터의 일단은 기준 신호에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 커패시터를 방전시키며, 제2 트랜지스터의 스위칭은 상기 제1 트랜지스터에 의해 제어된다.
상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스는 상기 제어 신호에 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있으며, 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터가 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있다.
상기 집적 회로가 펄스 주파수 변조(PFM) 방식에 의해 상기 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어한다. 상기 커패시터의 타단이 접지되어 있다. 상기 집적 회로는, 상기 제 1 출력 트랜지스터에 동기시켜 제 2 출력 트랜지스터를 스위칭시킨다. 상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터는 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다. 상기 제어 신호는 상기 출력 전력의 출력 전압 레벨을 나타낸다.
본 발명의 다른 특징에 따른 스위치-모드 전력 공급 장치를 제어하는 방법은, 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 출력 전압을 생성하는 단계; 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 제어하는 주파수 제어 신호를 생성하기 위해 출력 전압을 모니터링하는 단계; 상기 주파수 제어 신호를 사용하여 저장 장치를 충전시키는 단계; 및 상기 저장 장치의 충전 후에, 상기 주파수 제어 신호가 소정의 특정 레벨로 감소할 때 상기 저장 장치를 방전하는 단계를 포함한다.
상기 저장 장치에 제2 트랜지스터가 연결되어 있고, 상기 특정 레벨은, 상기 제2 트랜지스터에 연결되어 있는 제1 트랜지스터를 턴 오프 시키는 전압 레벨이다. 상기 저장 장치는 커패시터를 포함한다. 상기 주파수 제어 신호는 옵토-커플러 트랜지스터의 임피던스에 대응하는 전압을 포함한다.
상기 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법은, 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 제어하기 위한 집적 회로의 보호 동작을 인에이블 또는 디스에이블 하기 위해 상기 주파수 제어 신호를 사용하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 스위치-모드 전력 공급 장치는, 트랜스포머의 1차 권선에 연결된 제 1 출력 트랜지스터; 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 부하로 출력 전력을 공급하기 위해 상기 제1 트랜지스터의 스위칭을 제어하기 위한 제어 회로; 상기 제어 회로의 핀에 연결된 저장 장치; 그리고 제어 신호에 기초하여 상기 저장 장치를 방전하기 위해 형성된 소프트-버스트 회로를 포함하고, 상기 제어 회로의 핀은 상기 스위치-모드 전원 장치의 동작 주파수를 조정하기 위하여 상기 제어 신호를 수신한다.
상기 저장 장치는 커패시터를 포함한다. 상기 소프트-버스트 회로는, 상기 제어 신호를 받는 일단을 포함하는 제 1트랜지스터; 및 상기 제 1 트랜지스터의 타단에 연결되어 있는 일단, 및 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터의 일단은 기준 신호에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 커패시터를 방전시키며, 상기 제2 트랜지스터의 스위칭은 상기 제1 트랜지스터에 의해 제어된다.
상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스는 상기 제어 신호에 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있으며, 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터가 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있다.
상기 제어 회로는 상기 제1 출력 트랜지스터에 동기시켜 제 2 출력 트랜지스터를 스위칭시킨다. 상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터는 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다.
상기 제어 신호가 상기 조절된 출력 전압의 레벨을 나타낸다.
상기 스위치-모드 전력 공급 장치는 LLC 공진 하프-브리지 컨버터를 포함한다.
본 발명은 가청 노이즈를 방지하거나 적어도 최소화할 수 있는 소프트-버스트 회로, 이를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 및 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용될 수 있는 스위치-모드 전력 공급 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소프트-버스트 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 경 부하 조건 동안에 본 발명의 실시 예에 따른 개선 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 펄스 스킵핑 및 버스팅이 발생하는 경 부하 조건에서 정상 모드 동작으로 이행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 개선 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이다.
다른 도면에서 동일한 참고 부호의 사용은 동일한 또는 유사한 구성요소를 표시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 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 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 계략적으로 본 발명의 실시예를 이용하기 적합한 종래의 스위치-모드 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 1의 실시예에서, LLC 공 진형 하프-브리지 컨버터(100)는 입력 전압(VIN)을 보다 낮은 출력 전압(Vo)으로 낮춘다. 예를 들어, 상기 컨버터(100)은 400 VDC의 입력 전압(VIN)을 24 VDC의 출력 전압(Vo)으로 낮출 수 있고, 0에서 5A범위의 출력 전류(Io)를 생성할 수 있다. 이런 LLC 공진형 하프-브리지 컨버터는 일반적으로 이 업계에 알려져 있다.
전형적인 스위치-모드 전력 공급 장치처럼, 컨버터(100)는 출력전압(Vo)을 요구되는 전압 범위 내로 생성하기 위해 출력 트랜지스터(M1) 및 출력 트랜지스터(M2)의 스위칭을 제어하기 위한 집적 회로(130)를 포함한다. 집적 회로(130)는 출력 트랜지스터(M1) 및 출력 트랜지스터(M2)의 스위칭을 동기적으로 제어한다.
출력 트랜지스터(M1) 및 출력 트랜지스터(M2) 각각은 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide semiconductor field effect transistors, MOSFET)로 구현되고, 본 발명의 실시 예에서는 집적 회로(130)와 함께 집적되어 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 출력 트랜지스터(M1) 및 출력 트랜지스터(M2) 각각은 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)이거나, 집적 회로(130)로부터 분리되어 형성될 수 있다. 또한, 집적 회로(130)는 두 개의 출력 트랜지스터(M1, M2) 대신 단일 출력 트랜지스터(도시하지 않음)의 스위칭을 제어할 수 있다. 집적 회로(130)는 펄스 주파수 변조(pulse frequency modulation, PFM) 방식에 따라 출력 트랜지스터(M1) 및 출력 트랜지스터(M2) 각각의 스위칭을 제어할 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에서, 집적 회로(130)는 페어 차일드 반도체의 FSFR-시리즈의 파워 스위치(FSFR-Series Fairchild Power Switch) 집접 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로(130)는 트랜지스터(M1)(이하, "상측 트랜지스터"라고 함.)에 전기적으로 연결된 VDL 핀(pin), 전력 접지를 위한 PG 핀, 및 컨트롤 접지를 위한 SG 핀을 포함한다. 그리고 집적 회로(130)는 상기 트랜지스터(M2)(이하, "하측 트랜지스터"라고 함.)를 구동하는 하측 게이트 구동 회로에 공급 전압을 전기적으로 연결하고 집적 회로(130)를 제어하기 위한 LVcc 핀, 및 상측 트랜지스터(M1)를 구동하는 상측 게이트 구동 회로에 전력 전압을 전기적으로 연결하는 HVcc 핀을 포함한다. 또한, 집적 회로(130)는 하측 트랜지시터(M2)의 드레인에 전기적으로 연결된 VCTR 핀, 하측 트랜지스터(M2)를 통해 흐르는 전류를 감지하기 위한 CS 핀, 컨버터(100)의 동작 주파수를 설정하기 위한 RT 핀, 및 집적 회로(130)의 보호 동작을 제어하기 위한 인에이블/디스에이블(enabling/disabling)하기 위한 CON 핀을 포함한다.
도 1의 실시 예에서, 다이오드(151)과 트랜지스터(152)를 포함하는 옵토-커플러(opto-coupler)는 출력 전압(Vo)을 모니터하기 위한 구성이다. 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력은 집적 회로(130)의 CON 핀에 입력된다. 집적 회로(130)는 출력 전압(Vo)를 기준으로 집적 회로(130)의 보호 동작을 인에이블/디스에이블 하기 위해서 출력 전압(Vo)에 대응하는 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력을 입력받는다.
집적 회로(130)는 CON 핀의 전압 즉, 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압이 제 1 보호 값(예를 들어, 0.6V) 이상일때 동작할 수 있다. 또한, 상측 트랜지스터(M1)와 하측 트랜지스터(M2)의 게이트 구동 신호는 CON 핀의 전압이 제 1 보호 값보다 더 낮은 제 2 보호 값 (예들 들어, 0.4V) 이하일 때 디스에이블 된다. 그리고, CON 핀의 전압이 제 1 보호 값보다 더 높은 제 3 보호 값(예를 들어, 5V) 이상일 때 집적 회로(130)의 보호 동작이 트리거된다. 즉, 집적 회로(130)는 디스에이블 되어 동작하지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 집적 회로(130)는 펄스 스킵핑에 따라 동작할 수있다. 펄스 스킵핑이란 상측 트랜지시터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)의 스위칭을 에너지 절약을 위해 경 부하 조건 동안 멈추는 것을 의미한다. 도 1의 실시 예에서, 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)는 CON 핀의 전압이 제 2 보호 값(예를 들어, 0.4V) 아래로 떨어질 때 스위칭을 멈추고, CON 핀의 전압이 제 1 보호 값(예를 들어, 0.6V) 이상일때 스위칭을 다시 시작한다. 펄스 스킵핑을 초래하는 주파수는 저항(155)와 저항(157) 각각의 저항 값의 적절한 선택에 따라 정해진다. 한 실시 예에서, 펄스 스킵핑이 발생하기 시작하는 주파수는 최대 동작 주파수와 동일하다.
또한, 집적 회로(130)는 버스트 방식에 따라 동작할 수 있다. 즉, 펄스 스킵핑이 발생하는 기간 사이에 출력 커패시터를 충전하기 위해 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2) 각각은 단기간 동안 스위칭되는 버스트 모드에 따라 동작한다.
한 실시예에서, 컨버터(100)가 ZVS(zero voltage switching) 영역에서 동작할 때, 컨버터(100)의 게인은 컨버터(100)의 동작 주파수에 반비례한다. 즉, 출력 전압(Vo)은 컨버터(100)의 동작 주파수를 조절하여 제어할 수 있다.
도 1의 실시 예에서, 출력 전압(Vo)은 옵토-커플러 다이오드(151)에 의해 모니터 된다. 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전류는 출력 전압(Vo)을 나타내고,옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압은 옵토-커플러 트랜지스터(152)의출력 전류에 따라 변동한다.
이와 같이 생성된 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압은 집적 회로(130)에 CON 핀을 통해 입력되고, 집적 회로(130)는 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압을 이용하여 보호 동작의 인에이블/디스에이블 및 펄스 스킵핑을 결정한다. 이하, 옵토-
옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압은 컨버터(100)의 동작 주파수의가변을 위해 주파수 제어 신호로서 RT 핀에 인가된다. 동작 주파수란, 즉, 상측 트랜지시터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)의 스위칭 주파수를 의미한다. 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)가 스위칭 주파수가 가변하면 컨버터(100)의 게인이 변하고, 그로 인해 출력 전압(Vo)이 조절된다.
집적 회로(130)는 RT 핀 밖으로 흐르는 전류에 의해 결정된 주파수로 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)를 동작시키는 전류 제어 오실레이터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. RT 핀의 전압은 정전압(예를 들면, 2 VDC)으로 유지될 수 있다. RT 핀의 임피던스가 감소하면, RT 핀 밖으로 흐르는 전류는 동작 주파수를 증가시키기 위해 증가한다. RT 핀의 임피던스가 증가하면, RT 핀 밖으로 흐르는 전류가 감소해서 동작 주파수가 감소된다. 옵토-커플러 트랜지스터(152)에 의해 RT 핀에 나타나는 임피던스는 출력전압(Vo) 및 부하 전류에 따라 변하므로, 출력 전압(Vo)에 따라 동작 주파수가 제어된다.
집적 회로(130)는 컨버터(100)에 처음 전력이 공급될 때 발생할 수 있는 돌입 전류를 제한하기 위한 소프트 스타트 기능을 포함한다. 저항(156) 및 커패시터(158)를 포함하는 RC 직렬 네트워크(RC series network)는 RT 핀에 전기적으로 연결된다. 컨버터(100)에 처음으로 전력이 공급될 때 커패시터(158)가 여전히 방전되기 때문에, RT 핀 밖으로 흐르는 전류는 저항(155)과 저항(156)에 의해 결정된다. 커패시터(158)가 스타트업 동안 충전되기 때문에, RT 핀 밖으로 흐르는 전류는 감소하며, 이로써 동작 주파수가 감소된다.
컨버터(100)의 게인 곡선이 동작 주파수에 반비례하므로, 커패시터(158)의 충전에 의해 컨버터(100)의 게인은 스타트업부터 원활하게 증가된다. 일단 커패시터(158)가 완전히 충전되면, 커패시터(158)와 저항(156)에 의해 형성된 소프트 스타트 회로는 컨버터(100)의 동작 주파수에 더 이상 영향을 미치지 못한다. 그 때 컨버터(100)의 동작 주파수는 저항(155), 저항(157), 및 RT 핀에 나타나는 옵토-커플러 트랜지스터(152)에 의해 결정된다. 컨버터(100)의 최소 및 최대 동작 주파수는 저항(155) 및 저항(157) 각각의 저항 값에 의해 설정될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 컨버터(100)는 경 부하 조건에서 펄스 스킵핑 및 버스트 모드에 따라 동작하며, 이에 따른 가청 노이즈가 발생하기 쉽다. 일반적으로, 컨버터의 동작 주파수는 인간의 가청 주파수 범위보다 매우 높다. 따라서 컨버터(100)의 정상 작동 동안 가청 노이즈는 발생하지 않는다.
그러나, 컨버터가 펄스 스킵핑 또는 버스트 모드에 따라 동작할 때, 동작 주파수가 가청 주파수 범위(즉, 수 kHz)로 떨어질 수 있다. 이런 가청 노이즈가 사용자들이 느낄 정도의 영향을 줄 수 있는데, 이를 방지하거나 최소하 하기 위한 회로를 구현하는 것은 상대적으로 어려우며 비용 상승이 발생 한다.
도 2는 계략적으로 본 발명의 실시예에 따른 소프트-버스트 회로(220)를 나타낸 도면이다. 소프트-버스트 회로(220)는 컨버터(100)에 발생하는 가청 노이즈를 방지하거나 최소화 하기 위한 구성이다. 도 2의 실시 예에서, 소프트-버스트 회로(220)는 주파수 설정 회로(200)의 일부로 구현된다. 주파수 설정 회로(200)는 도 1의 주파수 설정 회로(120)대신 사용될 수 있다. 즉, 도 1의 컨버터(100)에서, 주파수 설정 회로(200)가 주파수 설정 회로(120)대신에 집적 회로(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 주파수 설정 회로(120) 대신에 주파수 설정 회로(200)를 사용하는 수정된 컨버터(100)를 이하, ˝개선 컨버터˝로 언급한다,
주파수 설정 회로(200)는 저항(155, 156, 157), 커패시터(158), 및 옵토-커플러 트랜지스터(152)를 포함한다. 이러한 구성요소의 기능은 앞서 도 1을 참조하여 설명된 내용과 동일하다.
도 2의 실시 예에서, 소프트-버스트 회로(220)는 바이폴라 트랜지스터(T1), 바이폴라 트랜지스터(T2), 저항(R1), 및 저항(R2)를 포함한다. 커패시터(158)는 집적 회로(130)의 RT 핀에 전기적으로 연결된 저항(156)에 연결되어 있는 일단, 및 접지되어 있는 타단을 포함한다. 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 출력 전압은 주파수 제어 신호로서 저항(R1)를 통해 트랜지스터(T1)의 베이스에 전기적으로 연결된다. 앞서 언급한 바와 같이, 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 임피던스는 출력 전압(Vo)에 따라 가변하므로, 주파수 제어 신호이다.
트랜지스터(T1)의 베이스는 저항(R1) 및 저항(157)을 통해 RT 핀에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(T1)의 컬렉터는 트랜지스터(T2)의 게이트에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(T2)의 게이트는 저항(R2)을 통해 공급 전압(Vcc)에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(T2)의 컬렉터는 커패시터(158)의 일단에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(T1)가 온일 때, 트랜지스터(T2)는 턴 오프되고, 주파수 제어 신호는 저항(157)과 저항(156)을 통해 커패시터(158)를 충전시킨다. 트랜지스터(T1)이 오프일 때, 트랜지스터(T2)는 턴 온 되고 커패시터(158)는 방전된다.
지금부터 소프트-버스트 회로(220)의 동작에 대해서는 도 3과 4의 타이밍도를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3과 4에서, 신호 VCON, Vb, 및 Vss는 도 2에서 표시된 노드의 전압 신호이다. 신호(Ipri)는 도 1에 도시된 트랜스포머(160)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류에 대응하는 전류이다. 가로 축은 시간을 나타낸다.
도 3은 경 부하 조건 동안 주파수 설정 회로(200)을 포함하는 개선 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이다. 컨버터에 연결된 부하는 출력 전류(Io)의 현저한 양이 공급되지 않는 경부하이다. 도 3에서는 400 VDC의 입력 전압(Vin), 24 VDC의 출력 전압(Vo)와 0A의 출력 전류(Io)를 예로 도시하였다.
도 2와 3을 참조하여 설명하면, 제어 전압(Vcon)은 옵토-커플러 트랜지스터(152)의 컬렉터의 전압이고, 모니터된 출력 전압을 나타내는 제어 전압이다. 제어 전압(Vcon)은 옵토-커플러 트랜지스터(152)에 의해 RT 핀에 나타나는 임피던스에 해당되므로 개선 컨버터의 동작 주파수를 제어하는 주파수 제어 신호의 역할을 한다. 도 2의 경우에, 제어 전압(Vcon)(즉, 주파수 제어 신호)는 커패시터(158)의 방전 시점을 결정하기 위해 소프트-버스트 회로(220)에서 사용되고, 가청 노이즈를 최소로 하거나 방지하기 위해 사용된다.
경 부하 조건에서, 일정하지 않은 전류가 트랜스포머(160) 의 1차 권선을 통해 흐름(도 3에서 전류 Ipri의 파형으로 도시됨)으로써 도 3에 표시된 것처럼 개선 컨버터는 펄스 스킵핑 모드로 들어간다. 펄스 스킵핑 모드에서, 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)는 지속적으로 스위칭 동작하지 않는다. 즉, 소비 전력을 감소 시키기 위해 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)의 스위칭 동작이 멈추는 기간이 발생한다. 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)가 스위칭 동작 시키는 펄스가 스킵되기 때문에 펄스 스킵핑이라 불린다.
펄스 스킵핑 사이에, 개선 컨버터가 경 부하 조건 동안 출력 전압을 일정하게 조절하기 위해 부하로 전력을 전달하는 버스트 모드로 들어갈 수 있다. 경 부하 조건 동안 전압(Vcon)이 충분히 낮아질 때, 상측 트랜지스터(T1)는 턴 오프 되고, 하측 트랜지스터(T2)가 턴 온 되며, 커패시터(158)는 방전된다. 커패시터(158)의 방전은 개선 컨버터의 게인을 낮추고, 커패시터(158)의 충전은 개선 커버터의 게인을 증가시킨다. 이와 같이, 가청 노이즈를 최소로 하거나 방지하기 위해 1차 권선 전류(Ipri)의 초기전류 피크를 억제시킨다.
도 3은 완만하게 증가하는 1차 권선 전류(Ipri)의 사인파 진폭을 보여준다. 1차 권선 전류(Ipri)의 진폭은 가청 노이즈의 양과 비례하기 때문에, 특히 초기전류 피크에서, 1차 권선 전류(Ipri)의 진폭이 상대적으로 작다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 개선 컨버터는 가청 노이즈를 생성하지 않거나 상대적으로 작은 양의 가청 노이즈를 생성한다.
도 4는 경 부하에서 고 부하 조건으로 전이하는 동안 주파수 설정 회로(200)를 포함하는 개선 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 400 VDC의 입력 전압(Vin), 24 VDC의 출력 전압(Vo) 및 굵은 점선으로 표시된 마커(401)에 의해 표시된 시점에 0에서 5A로 변하는 출력 전류(Io)가 개선 컨버터에 적용된 경우이다. 신호 VCON, Vb, Vss, 및 Ipri 는 도 3을 참조로 이전에 기술된 신호와 동일한 신호이다.
부하가 더 증가하기 시작하면, 개선 컨버터는 펄스 스킵핑과 버스트 모드에서 정상 모드로 변하고, 부하로 전력을 전달하기 위해 상측 및 하측 트랜지스터(M1, M2)(도 1 참조)의 스위칭 동작이 정상적으로 시작된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 개선 컨버터는 펄스 스킵핑과 버스트 모드에서 정상 모드로 이전하는 동안 가청 노이즈를 최소로 하거나 방지하기 위해 1차 권선 전류(Ipri)의 피크를 감소시킨다.
지금까지 설명한 명세서 내용에 비추어, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 스위치 모드 전원 장치 회로에 있는 가청 노이즈 문제를 다루기 위해 전술한 기법들이 다른 전력 공급 토폴로지(topology)와 집적 회로 제어 장치(intergrated circuit controller)에 적용 가능하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시 예는 비용에 민감한 기술 분야에서 실시가 용이하므로, 본 발명의 실시 예는 유용성이 있고, 상대적으로 작은 크기를 가지는 소프트-버스트 회로를 제공한다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
LLC 공진형 하프-브리지 컨버터(100), 집적 회로(130), 주파수 설정 회로(200), 출력 트랜지스터(M1,M2), 옵토-커플러 다이오드(151), 옵토-커플러 트랜지스터(152), 저항(155, 156, 157, R1, R2), 커패시터(158), 소프트-버스트 회로(220), 바이폴라 트랜지스터(T1, T2)

Claims (20)

  1. 스위치-모드 전력 공급 장치를 위한 소프트-버스트 회로에 있어서,
    부하로 출력 전력을 공급하기 위해 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어하고, 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 설정하기 위한 제어 신호를 전달받는 콘트롤 핀을 포함하는 집적 회로;
    제 1 저항을 통해 콘트롤 핀에 연결되어 있고, 제1 저항의 일단에 연결된 일단을 포함하는 커패시터;
    상기 제어 신호를 받는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 타단에 연결되어 있는 일단, 및 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터의 일단에 기준 신호가 인가되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 커패시터를 방전시키며, 제2 트랜지스터의 스위칭은 상기 제1 트랜지스터에 의해 제어되는 소프트-버스트 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 상기 제어 신호가 인가되고, 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있으며, 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터가 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 소프트-버스트 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집적 회로가 펄스 주파수 변조(PFM) 방식에 의해 상기 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 소프트-버스트 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터의 타단이 접지되어 있는 소프트-버스트 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집적 회로는,
    상기 제 1 출력 트랜지스터에 동기시켜 제 2 출력 트랜지스터를 스위칭시키는 소프트-버스트 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터는 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는 소프트-버스트 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 출력 전력의 출력 전압 레벨을 나타내는 소프트-버스트 회로.
  8. 스위치-모드 전력 공급 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 출력 전압을 생성하는 단계;
    상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 제어하는 주파수 제어 신호를 생성하기 위해 출력 전압을 모니터링하는 단계;
    상기 주파수 제어 신호를 사용하여 저장 장치를 충전시키는 단계; 및
    상기 저장 장치의 충전 후에, 상기 주파수 제어 신호가 소정의 특정 레벨로 감소할 때 상기 저장 장치를 방전하는 단계를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치에 제2 트랜지스터가 연결되어 있고,
    상기 특정 레벨은,
    상기 제2 트랜지스터에 연결되어 있는 제1 트랜지스터를 턴 오프 시키는 전압 레벨인 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치는 커패시터를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 주파수 제어 신호는 옵토-커플러 트랜지스터의 임피던스에 대응하는 전압을 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 제어하기 위한 집적 회로의 보호 동작을 인에이블 또는 디스에이블 하기 위해 상기 주파수 제어 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치 제어 방법.
  13. 스위치-모드 전력 공급 장치에 있어서,
    트랜스포머의 1차 권선에 연결된 제 1 출력 트랜지스터;
    상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 부하로 출력 전력을 공급하기 위해 상기 제1 출력 트랜지스터의 스위칭을 제어하기 위한 제어 회로;
    상기 제어 회로의 핀에 연결된 저장 장치; 그리고
    제어 신호에 기초하여 상기 저장 장치를 방전하기 위해 형성된 소프트-버스트 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로의 핀은 상기 스위치-모드 전력 공급 장치의 동작 주파수를 조정하기 위하여 상기 제어 신호를 수신하는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 저장 장치는 커패시터를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소프트-버스트 회로는,
    상기 제어 신호를 받는 일단을 포함하는 제 1트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 타단에 연결되어 있는 일단, 및 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터의 일단에 기준 신호가 인가되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 커패시터를 방전시키며, 상기 제2 트랜지스터의 스위칭은 상기 제1 트랜지스터에 의해 제어되는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 상기 제어 신호가 인가되고, 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있으며, 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터가 상기 커패시터의 일단에 연결되어 있는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 제1 출력 트랜지스터에 동기시켜 제 2 출력 트랜지스터를 스위칭시키는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터는 금속-산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제어 신호가 상기 출력 전력의 출력 전압 레벨을 나타내는 스위치-모드 전력 공급 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    LLC 공진 하프-브리지 컨버터를 포함하는 스위치-모드 전력 공급 장치.
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