KR101837469B1 - 순차 별 스위칭 제어를 통해 과부하의 방지가 가능한 정류기 - Google Patents

순차 별 스위칭 제어를 통해 과부하의 방지가 가능한 정류기 Download PDF

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Abstract

순차 별 스위칭 제어를 통해 과부하의 방지가 가능한 정류기가 개시된다. 본 발명에 따른 정류기는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들의 턴온과 턴오프을 순차적으로 제어하여 상기 정류기에서 발생하는 누설 전류와 이로 인한 전압 상승을 최소화할 수 있다.

Description

순차 별 스위칭 제어를 통해 과부하의 방지가 가능한 정류기{RECTIFIER CAPABLE OF OVERLOAD PREVENTION BY SEQUENTIAL SWITCHING CONTROL}
본 발명은 복수의 스위칭 트랜지스터들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 입력 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기에 대한 기술들과 관련된다.
최근, 유선 방식의 충전 기법이 사용자의 편의를 저해한다는 점에서, 무선 방식으로 휴대용 기기의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무선 충전 기술이 도입되고 있다.
이러한 무선 충전 기술로는 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법이 존재한다. 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법은 모두 근역장에서 코일 주위에 존재하는 비 방사형 감쇄교류 신호를 사용한다. 즉, 무선 충전 전력 송신 장치의 1차 코일과 무선 충전 전력 수신 장치의 2차 코일간의 유도 결합을 이용하여 접촉단자 없이 배터리를 충전시키는 방식을 도입하고 있다.
보통, 무선 충전 전력 수신 장치는 무선 충전 전력 송신 장치로부터 교류 형태의 충전 전력을 수신하면, 충전 전력 수신부에 인가되는 교류 전압을 정류기를 통해 직류 전압으로 정류하고, 상기 직류 전압을 이용하여 배터리에 공급할 정전압과 정전류를 생성한 후 이를 배터리에 공급함으로써, 상기 배터리를 충전시키는 형태로 구성되어 있다.
이러한, 무선 충전 전력 수신 장치에 사용되는 정류기들 중에는 무선 충전 전력 수신 장치에 수신되는 입력 교류 신호를 직류 신호로 변환하기 위해 복수의 스위칭 트랜지스터들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성한 정류기도 존재한다.
이러한 정류기는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)이 풀 브리지 회로로 구성되어 있을 수 있다. 여기서, 스위칭 트랜지스터는 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)과 같이, 게이트(gate)에 신호를 인가함으로써, 온/오프를 제어할 수 있는 스위칭 소자가 사용될 수 있다.
이하에서는 도 1에 도시된 정류기 회로의 동작에 대해 간단히 설명하기로 한다.
먼저, 입력 교류 신호가 + 방향으로 입력되는 주기 구간에서는 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)을 턴온(turn on)시켜서 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)이 도통 상태가 되어, 출력단에서 직류 전압(VDC)이 출력되도록 하고, 입력 교류 신호가 - 방향으로 입력되는 주기 구간에서는 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)를 턴온시켜서 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)가 도통 상태가 되어, 출력단에서 직류 전압(VDC)이 출력되도록 구성될 수 있다.
이때, 입력 교류 신호가 + 방향일 때에는 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)를 턴오프(turn off)시키고, 입력 교류 신호가 - 방향일 때에는 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)를 턴오프시켜서, 출력단에서 적절하게 직류 전압이 출력되도록 구성된다.
이렇게, 도 1에 도시된 정류기는 입력 교류 신호의 방향 변화에 따라 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)에 대한 턴온 또는 턴오프를 적절하게 제어할 필요가 있는데, 일반적인 정류기들은 입력 교류 신호의 방향 변화를 감지하기 위해 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114) 각각의 드레인(drain)과 소스(source)의 전위차를 센싱한 후 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114) 각각의 드레인과 소스의 전위차에 따라 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114) 각각의 게이트(gate)에 펄스 신호를 인가함으로써, 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 형태로 구성되어 있다.
예컨대, 입력 교류 신호가 + 방향으로 입력되는 주기 구간에서는 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)에서 드레인의 전위보다 소스의 전위가 높게 나타나고, 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)에서 드레인의 전위가 소스의 전위보다 높게 나타나므로, 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)에서 드레인과 소스의 전위차가 음의 값을 갖는 것으로 센싱되고, 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)에서 드레인과 소스의 전위차가 양의 값을 갖는 것으로 센싱되면, 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)의 게이트에 하이(high) 펄스 신호를 인가하여 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)을 턴온시키고, 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)의 게이트에 로우(low) 펄스 신호를 인가하여 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)를 턴오프시킬 수 있다.
또한, 입력 교류 신호가 - 방향으로 입력되는 주기 구간에서는 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)에서 드레인의 전위보다 소스의 전위가 높게 나타나고, 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)에서 드레인의 전위가 소스의 전위보다 높게 나타나므로, 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)에서 드레인과 소스의 전위차가 음의 값을 갖는 것으로 센싱되고, 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)에서 드레인과 소스의 전위차가 양의 값을 갖는 것으로 센싱되면, 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)의 게이트에 하이 펄스 신호를 인가하여 스위칭 트랜지스터 2(112)와 스위칭 트랜지스터 4(114)를 턴온시키고, 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)의 게이트에 로우 펄스 신호를 인가하여 스위칭 트랜지스터 1(111)과 스위칭 트랜지스터 3(113)을 턴오프시킬 수 있다.
보통, 스위칭 트랜지스터는 도 2의 도면부호 210에 도시된 바와 같이, 오프 상태서 온 상태로 변할 때, 게이트와 드레인 및 소스 사이에 만들어지는 캐패시턴스를 충전하는 과정에서 게이트쪽으로부터 원하지 않는 전류(IG)가 흐르게 되고, 온 상태에서 오프 상태로 변할 때, 충전된 캐패시턴스가 방전되는 과정에서 게이트쪽으로 원하지 않는 전류(IG)가 충전시와 반대 방향으로 흐르게 된다.
이로 인해서, 스위칭 트랜지스터가 방전되는 과정에서 스위칭 트랜지스터의 드레인과 소스 사이의 전압(VDS)이 도 2의 도면부호 210에 도시된 바와 같이, 정상 동작 범위의 전압보다 높아지는 상황이 발생할 수 있다.
이러한 스위칭 트랜지스터의 동작 특성으로 인해서, 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)을 풀 브리지 회로로 구성하여 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)의 턴온과 턴오프를 제어하는 정류기에서는 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)을 턴온시키거나 턴오프시킬 때마다 발생하는 누설 전류와 이로 인한 전압 상승으로 인해 정류기 회로 전체에 과부하가 발생할 수 있고, 이는 정류기의 잦은 고장을 유발하는 인자로 작용되고 있다.
따라서, 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)들을 풀 브리지 회로로 구성하여 입력 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기에 있어서, 복수의 스위칭 트랜지스터들(111, 112, 113, 114)의 턴온과 턴오프시 발생하는 누설 전류와 이로 인한 전압 상승을 최소화함으로써, 정류기 전체 회로에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요하다.
본 발명에 따른 정류기는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들의 턴온(turn on)과 턴오프(turn off)를 순차적으로 제어하여 상기 정류기에서 발생하는 누설 전류와 이로 인한 전압 상승을 최소화하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 - 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각은 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 회로임 - 을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 입력 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기는 상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 변화하는 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각에 대한 드레인(drain)과 소스(source) 사이의 전위차를 센싱하는 센싱부 및 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각의 드레인과 소스 사이의 전위차에 대한 센싱 값을 기초로 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트(gate)에 대해 선정된(predetermined) 시간 간격으로 순차적으로 펄스 신호를 인가하여 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각에 대한 순차적 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)를 제어하는 스위치 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 정류기는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들의 턴온(turn on)과 턴오프(turn off)를 순차적으로 제어하여 상기 정류기에서 발생하는 누설 전류와 이로 인한 전압 상승을 최소화할 수 있다.
도 1은 복수의 스위칭 트랜지스터들을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성한 기존의 정류기의 회로 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 스위칭 트랜지스터의 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)시에 발생하는 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 회로 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 이러한 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으며, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서 상에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정류기(310)는 센싱부(311), 스위치 제어부(312), 필요 전력 측정부(315) 및 구동 개수 결정부(316)로 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 정류기(310)는 도 4에 도시된 회로 구조와 같이, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414)이 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성된 회로 구조를 가지고 있고, 이때, 센싱부(311), 스위치 제어부(312), 필요 전력 측정부(315) 및 구동 개수 결정부(316)는 도면부호 410에 도시된 바와 같은 소정의 제어 모듈로 구성되어, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각을 제어하도록 구성되어 있다.
이때, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각은 도 4에 도시된 회로와 같이, 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 회로를 의미한다.
그리고, 스위칭 트랜지스터란 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)과 같이, 게이트(gate)에 신호를 인가함으로써, 온/오프를 제어할 수 있는 스위칭 소자를 의미한다.
우선, 센싱부(311)는 상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 변화하는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대한 드레인(drain)과 소스(source) 사이의 전위차를 센싱한다.
여기서, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대한 드레인과 소스 사이의 전위차란 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 포함되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들의 드레인 쪽 노드와 소스 쪽 노드 간의 전위차를 의미한다.
스위치 제어부(312)는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각의 드레인과 소스 사이의 전위차에 대한 센싱 값을 기초로 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트(gate)에 대해 선정된(predetermined) 시간 간격으로 순차적으로 펄스 신호를 인가하여 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각에 대한 순차적 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)를 제어한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 센싱부(311)는 턴온 제어 신호 생성부(313)를 포함할 수 있다.
턴온 제어 신호 생성부(313)는 상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 중 제1 스위칭 트랜지스터 그룹(상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹에는 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들이 병렬로 연결되어 있음)의 드레인과 소스 사이의 전위차가 음의 값으로 센싱되기 시작하는 경우, 턴온 제어 신호를 생성한다.
이때, 스위치 제어부(312)는 상기 턴온 제어 신호가 생성된 경우, 하이(high) 펄스 신호를 생성한 후 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 센싱부(311)는 턴오프 제어 신호 생성부(314)를 더 포함할 수 있다.
턴오프 제어 신호 생성부(314)는 상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 중 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹의 드레인과 소스 사이의 전위차가 양의 값으로 센싱되기 시작하는 경우, 턴오프 제어 신호를 생성한다.
이때, 스위치 제어부(312)는 상기 턴오프 제어 신호가 생성된 경우, 로우(low) 펄스 신호를 생성한 후 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 필요 전력 측정부(315)는 정류기(310)의 출력단에 전력 수신 장치(미도시)가 결합되어, 정류기(310)를 통해 상기 전력 수신 장치로 전력이 공급(이때, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들은 모두 구동되는 상태임)되면, 상기 전력 수신 장치에서 실제로 사용되는 필요 전력을 측정할 수 있다.
이때, 구동 개수 결정부(316)는 미리 정해진 서로 다른 필요 전력 측정 값 범위들 별로 스위칭 트랜지스터의 구동 개수에 대한 정보가 기록되어 있는 테이블을 참조하여 상기 측정된 필요 전력에 대응하는 스위칭 트랜지스터의 구동 개수를 결정할 수 있다.
이때, 스위치 제어부(312)는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대해, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 상기 결정된 스위칭 트랜지스터의 구동 개수만큼의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 정류기(310)의 동작을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 상기 입력 교류 신호가 + 방향을 갖는 주기에 진입함에 따라, 센싱부(311)가 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대한 드레인과 소스 사이의 전위차를 센싱한 결과, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411)과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413)의 드레인과 소스 사이의 전위차가 음의 값으로 센싱되었다고 가정하자.
이때, 턴온 제어 신호 생성부(313)는 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411)과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413)의 드레인과 소스 사이의 전위차가 음의 값으로 센싱되었기 때문에 턴온 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 스위치 제어부(312)는 상기 턴온 제어 신호가 생성되었기 때문에 하이 펄스 신호를 생성한 후 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시킬 수 있다.
이와 동시에, 스위치 제어부(312)는 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시킬 수 있다.
예컨대, 상기 선정된 시간 간격을 "1ns"간격이라고 가정하는 경우, 스위치 제어부(312)는 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 "1ns"간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시킬 수 있고, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 "1ns"간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시킬 수 있다.
이렇게, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 하나씩 순차적으로 턴온시키게 되면, 기존의 정류기가 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 스위칭 트랜지스터들을 풀 브리지 회로로 구성함으로써, 하나의 스위칭 트랜지스터를 턴온시켰을 때 도 2의 도면부호 210에 도시된 바와 같이 누설 전류가 한 번에 크게 발생하는 것과 달리, 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들이 일정 시간 간격으로 나누어서 턴온되기 때문에 누설 전류가 발생하는 시점을 서로 분산시킬 수 있어, 정류기(310) 회로에 걸리는 과부화를 최소화할 수 있다.
이때, 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414)에 포함되어 있는 스위칭 트랜지스터들의 용량은 도 1에 도시된 바와 같은 단일의 스위칭 트랜지스터를 사용하는 정류기에 포함된 스위칭 트랜지스터의 용량보다 작은 것을 사용해야 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414)에 포함되어 있는 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 턴온시킴으로써, 누설 전류를 분산시킬 수 있다.
이렇게, 상기 턴온 제어 신호에 기초하여 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들이 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 턴온된 이후, 상기 입력 교류 신호가 - 방향을 갖는 주기에 진입함에 따라, 센싱부(311)가 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대한 드레인과 소스 사이의 전위차를 센싱한 결과, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411)과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413)의 드레인과 소스 사이의 전위차가 양의 값으로 센싱되면, 턴오프 제어 신호 생성부(314)는 턴오프 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 스위치 제어부(312)는 상기 턴오프 제어 신호가 생성되었기 때문에 로우 펄스 신호를 생성한 후 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시킬 수 있다.
이와 동시에, 스위치 제어부(312)는 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시킬 수 있다.
관련해서, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 선정된 시간 간격을 "1ns"간격이라고 가정하는 경우, 스위치 제어부(312)는 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 "1ns"간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시킬 수 있고, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 "1ns"간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시킬 수 있다.
이렇게, 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들과 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 하나씩 순차적으로 턴오프시키게 되면, 기존의 정류기가 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 스위칭 트랜지스터들을 풀 브리지 회로로 구성함으로써, 하나의 스위칭 트랜지스터를 턴오프시켰을 때 도 2의 도면부호 210에 도시된 바와 같이, 누설 전류가 한 번에 크게 발생하는 것과 달리, 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들이 일정 시간 간격으로 나누어서 턴오프되기 때문에 누설 전류가 발생하는 시점을 서로 분산시킬 수 있어, 정류기(310) 회로에 걸리는 과부화를 최소화할 수 있다.
이때, 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414)에 포함되어 있는 스위칭 트랜지스터들의 용량은 도 1에 도시된 바와 같은 단일의 스위칭 트랜지스터를 사용하는 정류기에 포함된 스위칭 트랜지스터의 용량보다 작은 것을 사용해야 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414)에 포함되어 있는 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 턴오프시킴으로써, 누설 전류를 분산시킬 수 있다.
관련해서, 도 5에는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 중 특정 스위칭 트랜지스터 그룹에 포함되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시켰을 때의 동작 특성에 대한 그래프가 도시되어 있다.
도 5의 도면부호 510에 도시된 바와 같이, 각 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 턴오프시키게 되면, 각 스위칭 트랜지스터들의 게이트로 흐르는 전류 IG가 분산되고, 이로 인해 스위칭 트랜지스터들의 드레인과 소스 사이의 전압인 VDS가 높아지는 현상도 분산됨에 따라 정류기(310) 회로에 인가되는 과부하가 최소화될 수 있다.
이때, 정류기(310)의 출력단에 휴대폰이나 태블릿 PC와 같은 소정의 전력 수신 장치가 결합됨에 따라, 정류기(310)를 통해 상기 전력 수신 장치로 전력이 공급되면, 필요 전력 측정부(315)는 상기 전력 수신 장치에서 실제로 사용되는 필요 전력을 측정할 수 있다.
여기서, 정류기(310)의 출력단에 상기 전력 수신 장치가 결합되어 전력이 공급되는 상태는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들이 순차적으로 턴온 또는 턴오프되면서 모두 구동되고 있는 상태이다.
이때, 구동 개수 결정부(316)는 상기 전력 수신 장치의 필요 전력이 측정되면, 미리 정해진 서로 다른 필요 전력 측정 값 범위들 별로 스위칭 트랜지스터의 구동 개수에 대한 정보가 기록되어 있는 테이블을 참조하여 상기 측정된 필요 전력에 대응하는 스위칭 트랜지스터의 구동 개수를 결정할 수 있다.
예컨대, 상기 테이블에는 하기의 표 1과 같은 정보가 기록되어 있을 수 있다.
서로 다른 필요 전력 측정 값 범위들 스위칭 트랜지스터의 구동 개수
0W~10W 1개
10W~20W 2개
20W~30W 3개
30W~40W 4개
만약, 상기 전력 수신 장치에서 실제로 사용되는 필요 전력이 "15W"로 측정되었다고 하는 경우, 구동 개수 결정부(316)는 상기 표 1과 같은 테이블을 참조하여, 스위칭 트랜지스터의 구동 개수를 "2개"로 결정할 수 있다.
이때, 스위치 제어부(312)는 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 각각에 대해, 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 상기 결정된 스위칭 트랜지스터의 구동 개수인 "2개"만큼의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단할 수 있다.
즉, 스위치 제어부(312)는 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411)에 대해 현재 모두 구동되고 있는 스위칭 트랜지스터 그룹 1(411)에 포함된 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 2개의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단할 수 있고, 스위칭 트랜지스터 그룹 2(412)에 대해서도 현재 모두 구동되고 있는 스위칭 트랜지스터 그룹 2(412)에 포함된 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 2개의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단할 수 있으며, 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413)과 스위칭 트랜지스터 그룹 4(414)에 대해서도 스위칭 트랜지스터 그룹 3(413)과 스위칭 트랜지스터 그룹 4(414)에 포함되어 있는 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 2개의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단할 수 있다.
이렇게, 본 발명에 따른 정류기(310)는 출력단에 결합된 전력 소비 장치의 실제 필요 전력에 따라 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들(411, 412, 413, 414) 내에 포함되어 있는 각 스위칭 트랜지스터들의 구동 개수를 조정함으로써, 정류기(310)의 구동으로 인한 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
310: 정류기
311: 센싱부 312: 스위치 제어부
313: 턴온(turn on) 제어 신호 생성부
314: 턴오프(turn off) 제어 신호 생성부
315: 필요 전력 측정부 316: 구동 개수 결정부

Claims (4)

  1. 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 - 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각은 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들을 병렬로 연결하여 구성한 회로임 - 을 풀 브리지(Full Bridge) 회로로 구성함으로써, 입력 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기에 있어서,
    상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 변화하는 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각에 대한 드레인(drain)과 소스(source) 사이의 전위차를 센싱하는 센싱부; 및
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각의 드레인과 소스 사이의 전위차에 대한 센싱 값을 기초로 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트(gate)에 대해 선정된(predetermined) 시간 간격으로 순차적으로 펄스 신호를 인가하여 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 각각에 대한 순차적 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)를 제어하는 스위치 제어부
    를 포함하는 정류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는
    상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 중 제1 스위칭 트랜지스터 그룹 - 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹에는 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들이 병렬로 연결되어 있음 - 의 드레인과 소스 사이의 전위차가 음의 값으로 센싱되기 시작하는 경우, 턴온 제어 신호를 생성하는 턴온 제어 신호 생성부
    를 포함하고,
    상기 스위치 제어부는
    상기 턴온 제어 신호가 생성된 경우, 하이(high) 펄스 신호를 생성한 후 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 하이 펄스 신호를 인가함으로써, 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴온시키는 정류기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센싱부는
    상기 입력 교류 신호의 방향 변화에 대응하여 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 중 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹의 드레인과 소스 사이의 전위차가 양의 값으로 센싱되기 시작하는 경우, 턴오프 제어 신호를 생성하는 턴오프 제어 신호 생성부
    를 더 포함하고,
    상기 스위치 제어부는
    상기 턴오프 제어 신호가 생성된 경우, 로우(low) 펄스 신호를 생성한 후 상기 제1 스위칭 트랜지스터 그룹 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들 각각의 게이트에 대해 상기 선정된 시간 간격으로 순차적으로 상기 로우 펄스 신호를 인가함으로써, 상기 둘 이상의 제1 스위칭 트랜지스터들을 순차적으로 하나씩 턴오프시키는 정류기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정류기의 출력단에 전력 수신 장치가 결합되어, 상기 정류기를 통해 상기 전력 수신 장치로 전력이 공급 - 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들은 모두 구동되는 상태임 - 되면, 상기 전력 수신 장치에서 실제로 사용되는 필요 전력을 측정하는 필요 전력 측정부; 및
    미리 정해진 서로 다른 필요 전력 측정 값 범위들 별로 스위칭 트랜지스터의 구동 개수에 대한 정보가 기록되어 있는 테이블을 참조하여 상기 측정된 필요 전력에 대응하는 스위칭 트랜지스터의 구동 개수를 결정하는 구동 개수 결정부
    를 더 포함하고,
    상기 스위치 제어부는
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 각각에 대해, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터 그룹들 내에서 병렬로 연결되어 있는 상기 둘 이상의 스위칭 트랜지스터들 중 상기 결정된 스위칭 트랜지스터의 구동 개수만큼의 스위칭 트랜지스터들만 구동을 유지하고, 나머지 스위칭 트랜지스터들의 구동을 중단하는 정류기.
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