KR101909696B1 - 고전압 스타트업 회로 - Google Patents

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Abstract

교류(AC) 라인 전압을 수신하도록 구성된 파워 트랜지스터 및 제어 회로를 포함하는 시스템이 개시된다. AC 라인 전압의 반 주기(half cycle)의 상승부 동안, 제어 회로는, AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴온하고 AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된다. 제 2 값은 제 1 값보다 크다. 반 주기의 하강부 동안, 제어 회로는, AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴온하고 AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된다.

Description

고전압 스타트업 회로{HIGH-VOLTAGE STARTUP CIRCUIT}
본 출원은 2012년 4월 18일에 출원된 미국 실용신안 출원 번호 13/449,407의 우선권을 주장하고, 2011년 5월 16일에 출원된 미국 가출원 번호 61/486,488의 이익을 청구한다.
본 출원은 2011년 6월 8일에 출원된 미국 가출원 번호 61/494,619에 관련된다.
상기 출원들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된다.
본원은 전력이 초기에 턴온될 때 동작하도록 DC 전력을 필요로하는 시스템들을 위한 고-전압 스타트업 회로에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경 서술은 본원의 콘텍스트를 일반적으로 나타내는 것을 목적으로 한다. 본 배경기술 섹션에 서술된 저작물의 범위까지 이름이 거론된 발명자들의 저작물과 함께, 출원시에 종래 기술로서 달리 고려되지 않는 서술들은 본원에 대한 종래 기술로서 명시적이나 암시적으로도 인정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 전원(100)은 교류(AC) 라인 전압(101)을 부하(102)에 대해 적합한 하나 이상의 직류(DC) 전압들로 변환한다. AC 라인 전압(101)은 110V, 60Hz 또는 220V, 50Hz가 될 수 있다. DC 전압들은 1V, 1.5V, ±5V, ±12V, 24V 중 일부, 또는 부하(102)를 구동하기 위해 임의의 다른 적합한 값들을 포함할 수 있다. 전원(110)은 강압 변압기(step-down transformer)(104) 및 정류기(106)를 포함한다. 강압 변압기(104)는 AC 라인 전압(101)을, 발생될 DC 전압의 값에 따른 AC 라인 전압(101)(예를 들어, 24V AC, 12V AC 등) 보다 작은 값을 갖는 AC 전압으로 변환한다. 정류기(106)는 강압 변압기(104)에 의해 출력된 AC 전압 출력을 DC 전압으로 변환하고, 부하(102)에 DC 전압을 출력한다.
도 2를 참조하면, 전원(150)은 AC 라인 전압(101)을 부하(102)에 대해 적합한 하나 이상의 DC 전압들로 변환한다. 전원(150)은 정류기(152) 및 DC-대-DC 변환기(154)를 포함한다. 정류기(152)는 AC 라인 전압(101)을 DC 전압으로 변환한다. DC-대-DC 변환기(154)는 정류기에 의한 DC 전압 출력을 부하(102)를 동작시키기에 적합한 하나 이상의 DC 전압들로 변환한다.
DC-대-DC 변환기(154)는 통상적으로 스위칭 제어기(예를 들면, 펄스 폭 변조(PWM) 제어기)를 포함한다. 스위칭 제어기는 동작을 위해 DC 전압을 필요로 한다. 스타트업될 때(즉, 전력이 턴온될 때) 스위칭 제어기를 동작시키기 위해 필요한 DC 전압은 통상적으로 저항을 사용하여 발생된다. 저항은 AC 라인 전압(101)을, 스타트업될 때 스위칭 제어기에 전력을 제공하기 위해 사용된 낮은 값으로 드롭(drop)시킨다. 이어서, 부하를 동작시키기 위한 DC 전압들이 발생될 때, 스위칭 제어기는 DC 전압들 중 하나를 사용하여 동작된다.
전원의 효율은 전원의 출력 전압 대 전원의 입력 전압의 비에 의해 주어진다. 전원(150)의 효율은 매우 낮다. 예를 들면, 전원(150)에 의해 부하(102)에 제공된 DC 전압의 값이 5V이고, AC 라인 전압(101)의 값이 120V(즉, 대략 170V RMS)라면, 그때, 전원(150)의 효율은 5/170 = 대략 3%이다. 부하(102)에 공급된 DC 전압이 12V이고, AC 라인 전압(101)이 220V(즉, 대략 311V RMS)라면, 그때, 전원(150)의 효율은 12/311 = 대략 4%이다.
부가적으로, 스타트업될 때 스위칭 제어기에 전력을 제공하기 위해 사용된 저항은 전력을 소모한다. 또한, 다른 애플리케이션들에서, 전원(150)은 계속해서 동작하고, 따라서, 로드(102)가 정규 동작 모드로부터 전력-절감 모드로 스위칭될 수 있을지라도 전력을 소모한다.
시스템은 교류(AC) 라인 전압을 수신하도록 구성된 파워 트랜지스터 및 제어 회로를 포함한다. AC 라인 전압의 반 주기(half cycle)의 상승부 동안, 제어 회로는 AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴온(turn on)하고 AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴오프(turn off)도록 구성된다. 제 2 값은 제 1 값보다 크다. 반 주기의 하강부 동안, 제어 회로는 AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴온하고 AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 커패시터를 더 포함하고, 파워 트랜지스터가 턴온될 때 파워 트랜지스터가 커패시터를 충전하고, 커패시터는 제 1 값보다 작은 값을 갖는 전압을 출력한다.
다른 특징들에서, 커패시터에 의한 전압 출력이 제 1 값 이상일 때 제어 회로는 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 AC 라인 전압에 기초하여 직류(DC) 전압을 발생시키도록 구성된 전원 및 전원을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 커패시터에 의한 전압 출력은 제어기에 전력을 제공한다.
다른 특징들에서, 제어 회로는 파워 트랜지스터를 디스에이블하도록 구성된다.
또 다른 특징들에서, 시스템은 교류(AC) 라인 전압을 수신하고, 파워 트랜지스터가 AC 라인 전압의 반 주기 동안 턴온될 때에 기초하여 커패시터를 출력 전압으로 충전하도록 구성된 파워 트랜지스터를 포함한다. 시스템은 AC 라인 전압의 반 주기 동안 상기 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 있을 때 커패시터를 충전하기 위해 파워 트랜지스터를 턴온하도록 구성되고, 제 1 값은 출력 전압 이상이고, 제 2 값은 미리 결정된 만큼 제 1 값보다 크다. 제어 회로는 AC 라인 전압의 반 주기 동안 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 없을 때 또는 커패시터가 출력 전압으로 충전될 때 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 또한 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 전원을 제어하기 위해 구성된 제어기를 더 포함하고, 전원은 AC 라인 전압에 기초한 직류(DC) 전압을 발생시키고, 커패시터는 제어기에 출력 전압을 출력시킨다.
다른 특징들에서, 제어 회로는 파워 트랜지스터 및 제어 회로의 컴포넌트들을 턴오프하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어 회로는, AC 라인 전압을 분할하도록 구성된 분압기(voltage divider), 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하도록 구성된 비교기, 그리고, 비교에 기초하여 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 있을 때 파워 트랜지스터를 턴온하고 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 없을 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된 스위치를 포함한다.
다른 특징들에서, 제어 회로는, 출력 전압을 분할하도록 구성된 분압기, 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하도록 구성된 비교기, 그리고, 비교에 기초하여, AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 있을 때 그리고 커패시터가 출력 전압 미만으로 충전될 때 파워 트랜지스터를 턴온하고, 커패시터가 출력 전압 이상으로 충전될 때 파워 트랜지스터를 턴오프하는 스위치를 포함한다.
또 다른 특징들에서, 집적 회로(IC)는 교류(AC) 라인 전압에 접속된 제 1 단, 및 제 2 단을 구비한 제 1 저항; 및 제 1 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단, 및 제 2 단을 구비한 제 2 저항을 포함한다. 시스템은 제 1 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 입력, 기준 전압에 접속된 제 2 입력, 및 제 1 출력을 구비한 제 1 비교기를 더 포함한다. 시스템은 제 1 비교기의 제 1 출력에 접속된 게이트, 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 소스, 및 드레인을 구비한 제 1 트랜지스터; 및 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 소스, 제 1 저항의 드레인에 접속된 드레인, 및 게이트를 구비한 제 2 트랜지스터를 더 포함한다. 시스템은 제 2 트랜지스터의 게이트에 접속된 제 2 출력, 기준 전압에 접속된 제 1 입력, 및 제 2 입력을 구비한 제 2 비교기를 더 포함한다. 시스템은 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단 및 상기 제 2 비교기의 제 2 입력에 접속된 제 2 단을 구비한 제 3 저항; 및 제 2 비교기의 제 2 입력에 접속된 제 1 단 및 제 2 단을 구비한 제 4 저항을 더 포함한다. 시스템은 제 4 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단 및 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속된 제 2 단을 구비한 제 5 저항을 더 포함한다. 시스템은 제 5 저항의 제 1 단에 접속된 캐소드 및 애노드를 구비한 다이오드를 더 포함한다. 시스템은 다이오드의 애노드에 접속된 소스, 제 1 트랜지스터의 제 1 단에 접속된 드레인, 및 상기 제 2 트랜지스터의 드레인에 접속된 제어 단자를 더 포함한다. 시스템은 다이오드의 캐소드에 접속된 제 1 단 및 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 제 2 단을 구비한 커패시터를 더 포함한다.
본원의 적용가능한 다른 영역은 발명의 상세한 설명, 청구항들 및 도면들로부터 명확해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적으로 의도되며, 본원의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본원은 상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 더욱 충분히 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 강압형(stepped-down) 교류(AC) 라인 전압을 정류하는 전원의 기능적 블록도이다;
도 2는 종래 기술에 따른 AC 라인 전압을 정류하고 하나 이상의 DC 전압들을 생성하는 전원의 블록도이다;
도 3a 및 3b는 본원에 따른 스타트업 회로를 포함하는 전원의 기능적인 블록도들이다;
도 4a는 스타트업 회로의 개략도이다;
도 4b는 AC 라인 전압, 스타트업 회로의 출력 전압, 및 시간의 함수로서 스타트업 회로에 의해 제공된 드레인 전류를 도시하는 그래프이다; 그리고
도 5는 스타트업될 때(즉, 전력이 턴온될 때) 전원의 제어기에 전력을 제공하는 방법의 흐름도이다.
본 출원은 AC 라인 전압(예를 들어, 120V AC)으로부터 전력을 공급받고 스타트업(startup)될 때 동작을 하기 위한 전력(예를 들어, 5V DC)을 필요로 하는 시스템에 스타트업될 때(즉, 전원이 턴온될 때) 전력을 공급하는 스타트업 회로(startup circiut)에 관한 것이다. 예를 들어, 스타트업 회로는 스타트업 때 전원의 스위칭 제어기에 전력을 제공한다. 스타트업 회로에 의해 제공된 전력에 기초하여, 부하를 동작시키기 위해 AC 라인 접압으로부터 하나 이상의 DC 전압들을 전원이 발생시킬 수 있도록 스위칭 제어기는 스타트업될 때 전원의 동작을 제어할 수 있다.
전원이 DC 전압들을 발생시킨 후, DC 전압들 중 하나가 스위칭 제어기에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전원에 의해 발생된 DC 전압에 기초하여, 스위칭 제어기는 동작을 계속하고 전원을 제어한다. 전원에 의해 발생된 DC 전압이 스위칭 제어기에 전력을 제공하기 위해 사용된 후, 스타트 업 회로는 디스에이블될 수 있다. 예시로서 전원을 사용하는 것이 서술되는 동안, 본원 발명의 원리들은 AC 라인 전압으로부터 전력을 공급받고, 스타트업될 때 동작하기 위해 5V DC와 같은 전력을 필요로하는 임의의 시스템에 적용될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본원에 따른 스타트업 회로(202)을 포함하는 전원(200)이 도시된다. 도 3a에서, 스타트업 회로(202)는 정류기(204)과 DC-대-DC 변환기(206) 사이에 배치된다. 도 3b에서, 스타트업 회로(202)는 AC 라인 전압(101)과 정류기(204) 사이에서 배치된다. 상기 2개의 배치에서, 스타트업 회로(202)는 스타트업 동안 AC 라인 전압(101)으로부터 전력을 공급받고, DC-대-DC 변환기(206)의 구성요소들(예를 들어, 스위칭 제어기)을 동작하기에 적합한 DC 전압을 공급한다. DC-대-DC 변환기(206)는 부하(102)를 동작시키기에 적합한 하나 이상의 DC 전압들을 발생시킨다. DC 전압들이 발생된 후, DC-대-DC 변환기(206)는 DC-대-DC 변환기(206)의 스위칭 제어기와 같은 구성요소들을 동작시키기 위해 DC 전압들 중 하나를 사용하고 스타트업 회로(202)를 디스에이블시킨다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 스타트업 회로(202)는 상세하게 도시된다. 도 4a에서, 스타트업 회로(202)는 스타트업될 때 AC 라인 전압의 각각의 반 주기(half cycle) 동안 커패시터 Cout를 충전한다. 스타트업 회로(202)는 커패시터 Cout를 출력 전압 Vout으로 충전시킨다. 커패시터 Cout는 스타트업될 때 DC-대-DC 변환기(206)의 스위칭 제어기(미도시)와 같은 구성요소에 출력 전압 Vout을 공급한다. 단지 예로서, 스위칭 제어기는 동작하기 위해 5V DC를 필요로하는 것을 가정하자. 스타트업 회로(202)는 커패시터 Cout에 5V DC를 충전시키고 스타트업될 때 스위칭 제어기에 5V DC를 공급한다.
AC 라인 전압의 값이 AC 라인 전압의 각각의 반 주기 동안 제 1 값과 제 2 값 사이일 때, 스타트업 회로(202)는 커패시터 Cout를 충전시킨다. 제 1 값은 출력 전압 Vout의 값에 기초하여 선택된다. 제 2 값은 제 1 값보다 더 크다. 예를 들면, Vout = 5V이라면, 제 1 값은 5V보다 큰 임의의 값일 수 있다. 단지 예로서, 제 1 값은 5.1V임을 가정하자. 제 2 값은 6V, 7V, 8V 또는 제 1 값보다 큰 임의의 값일 수 있다. 단지 예로서, 제 2 값은 6V인 것을 가정하자.
도 4b에서, AC 라인 전압이 0부터 5V RMS보다 큰 제 1 값(예를 들어, 5.1V RMS)으로 증가할 때, 스타트업 회로(202)는 AC 라인 전압의 반 주기 동안 시간 t1에서 커패시터 Cout를 충전시키는 것을 시작한다. AC 라인 전압이 제 1 값보다 큰 제 2 값(예를 들어, 6V RMS)으로 증가할 때, 스타트업 회로(202)는 시간 t2가 될 때까지 커패시터 Cout를 충전시킨다. AC 라인 전압이 제 2 값(예를 들어, 6V RMS) 이상 일 때, 시간 t2에서 커패시터 Cout를 충전시키는 것을 중단한다.
이어서, AC 라인 전압은 피크 전압(예를 들어, 1.44*110V)까지 증가되고, 감소하기 시작한다. AC 라인 전압이 피크 값으로부터 제 2 값(예를 들어, 6V RMS)으로 감소될 때, 스타트업 회로(202)는 시간 t3에서 커패시터 Cout를 충전시키는 것을 다시 시작한다. AC 라인 전압이 제 2 값으로부터 제 1 값으로(예를 들어, 6V RMS으로부터 5.1V RMS으로) 감소될 때, 스타트업 회로(202)는 시간 t4에서 커패시터 Cout를 충전시킨다. AC 라인 전압이 제 1 값 이하(예를 들어, 5.1V RMS)일 때, 스타트업 회로(202)는 시간 t4이 될 때까지 커패시터 Cout를 충전시키는 것을 중단한다. 그후, AC 라인 전압이 0으로 되돌아가고, 사이클은 AC 라인 전압(예를 들어, 50Hz)의 선 주파수에 따라 반복된다. 커패시터 Cout는 스위칭 제어기에 출력 전압 Vout = 5V를 출력시킨다.
스타트업 회로(202)에 의해 공급된 출력 전압 Vout에 기초하여, DC-대-DC 변환기(206)의 스위칭 제어기는 스타트업동안 동작하고, DC-대-DC 변환기(206)는 부하(102)를 동작시키기 위해 하나 이상의 DC 전압들을 발생시킨다. 이어서, DC-대-DC 변환기(206)에 의해 발생된 DC 전압들 중 하나(예를 들어, 5V)는 스위칭 제어기에 전력을 공급하기 위해 사용되고, 스타트업 회로(202)는 디스에이블될 수 있다.
상기의 예에서, 스타트업 회로(202)에 대한 입력 전압이 5V RMS와 6V RMS 사이일 때, 커패시터 Cout는 충전된다. 스타트업 회로(202)에 대한 최대 입력 전압이 6V RMS이고 스타트업 회로(202)의 출력 전압이 5V이기 때문에, 스타트업 회로(202)의 최악의 경우의 효율은 5/6 = 대략 83%이다. 스타트업 회로(202)는 이하에서 상세하게 기술된다.
도 4a에서, 스타트업 회로(202)는 4개의 핀들: VAC, Vout, 디스에이블(DIS), 및 그라운드(GND)를 갖는 집적 회로(IC)로서 제조될 수 있다. VAC 핀은 AC 라인 전압(101)에 접속된다. Vout 핀은 출력 커패시터 Cout에 접속되고, 스타트업 회로(202)에 의해 발생된 출력 전압 Vout을 스타트업될 때 DC-대-DC 변환기(206)에 공급한다. GND 핀은 그라운드에 접속된다. 전력을 저장하기 위해 스타트업 후(즉, DC-대-DC 변환기(206)가 하나 이상의 DC 전압들을 발생시킨 후), DIS 핀은 스타트업 회로(202)를 턴오프하기위해 디스에이블 신호를 입력하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, DC-대-DC 변환기(206)가 하나 이상의 DC 전압들을 발생시킨 후, DC-대-DC 변환기(206)는 DIS 핀에 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어 신호는 스타트업 신호(202)를 턴오프시킨다. 대안으로, DIS 핀은 사용되지 않을 때 그라운드에 접속될 수 있다.
스타트업 회로(202)는 비교기들(C1 및 C2)에 의해 제어된 초고압, 공핍 방식 파워 트랜지스터(M1); 트랜지스터들(M2, M3 및 M4); 및 저항들(R1 내지 R5)을 포함한다. 비교기들(C1 및 C2); 트랜지스터들(M2, M3 및 M4); 및 저항들(R1 내지 R5)은 파워 트랜지스터(M1)을 제어하는 제어 회로로 불릴 수 있다. 트랜지스터들(M2, M3 및 M4)은 CMOSFET들일 수 있다. 저항들(R1 및 R2)은 고전압 저항들이다.
파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압은 저항(R5) 및 트랜지스터들(M2, M3 및 M4)에 의해 결정된다. 트랜지스터들(M2, M3 및 M4)은 AC 라인 전압 VAC, 출력 전압 Vout, 및 디스에이블 입력(DIS), 각각에 의해 제어된다. 저항(R5)은 Vout에 대한 파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압을 충전시키기 위해 사용된다. 다이오드(D)는, 출력 전압(Vout)이 파워 트랜지스터(M1)의 보디 다이오드(body diode)를 통해 방전되는 것을 방지하는 역저지 다이오드(reverse blocking diode)이다.
전원이 턴온될 때(즉, 스타트업될 때), Vout은 초기에 낮고; 트래지스터들(M2, M3 및 M4)은 턴오프되고; 파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압은 Vout과 같다. 파워 트랜지스터 M1이 공핍 모드 MOSFET이기 때문에, 임계 전압은 음이고, 채널은 이미 형성된다. 결과적으로, 전원이 초기에 턴온될 때, 파워 트랜지스터(M1)는 턴온된다. 커패시터 Cout은 파워 트랜지스터(M1)의 임계 전압에 가까운 AC 라인 전압에 의해 충전된다. 밴드갭 기준(BGR) 생성기(미도시)는 비교기들(C1 및 C2)에 기준 전압(Vref)을 공급한다.
비교기(C1)는 AC 라인 전압 VAC의 표시를 제공하는 신호 Vac _ sense를 수신한다. 신호 Vac _ sense는 저항들(R1 및 R2)을 포함하는 저항 분압기(resistor divider)를 사용하여 생성된다. 구체적으로, Vac _ sense = VAC*R2/(R1+R2). VAC가 Vac _ sense보다 클 때, 트랜지스터(M2)는 턴온되고, 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프하기 위해 파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압을 그라운드로 끌어내린다. 상기 예에서, VAC가 6V RMS 이상일 때, 비교기(C1)은 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프한다. 파워 트랜지스터를 턴오프하기 위한 VAC의 값(예를 들어, 6V RMS)은 저항들(R1 및 R2)의 값들을 선택함으로써 임의의 값(예를 들어, 7V RMS, 8V RMS, 9V RMS 등)으로 설정될 수 있다.
비교기(C2)는 출력 전압(Vout)의 표시를 제공하는 신호 Vout _ sense를 수신한다. 신호 Vout _ sense는 저항들(R3 및 R4)을 포함하는 저항 분압기를 사용하여 생성된다. 구체적으로, Vout _ sense = Vout*R4/(R3+R4). 출력 전압 Vout이 Vout _ sense보다 클 때, 트랜지스터(M3)는 턴온되고, 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프하기 위해 파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압을 그라운드로 끌어내린다. 상기 예에서, 비교기(C2)는 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프하고, 출력 전압 Vout이 5V에 도달할 때, 커패시터 Cout을 충전시키는 것을 중단한다. 따라서, 출력 전압 Vout은 5V로 제한되고 5V를 초과할 수 없다.
따라서, 이 예에서, VAC가 6V RMS보다 낮고 Vout이 5V보다 낮을 때 비교기(C1)는 파워 트랜지스터(M1)를 턴온하고 커패시터 Cout의 충전을 허용하며, VAC가 6V RMS이상일 때 파워 트랜지스터(M1)을 턴오프하고 커패시터 Cout의 충전을 중단한다. 비교기(C2)는, 비교기(C1)로 하여금, VAC가 6V RMS보다 작을 때 파워 트랜지스터(M1)를 턴온하도록 하고 Vout이 5V보다 작을 때 커패시터 Cout의 충전을 허용하며, Vout가 5V와 같을 때 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프하고 커패시터 Cout의 충전을 중단시킨다.
스타트업 회로(202)의 디스에이블(DIS) 입력은, 전력을 저장하기 위해 스타트-업 회로(202)를 턴오프하기 위해 독립적인 애플리케이션-특정 제어기에 의해 사용될 수 있는 선택 제어이다. 예를 들어, DIS 핀이 당겨질 때, 트랜지스터(M4)는 턴온되고 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프하기 위해 파워 트랜지스터(M1)의 게이트 전압을 그라운드로 끌어내린다. 트랜지스터(M4)는 비교기들(C1 및 C2)에 의해 결정된 트랜지스터들(M2 및 M3)의 상태들에도 불구하고 파워 트랜지스터(M1)를 턴오프한다. 대안으로, 파워 트랜지스터(M1)는 Vout 핀에서 Vout보다 큰 전압을 적용함으로써 또한 턴오프될 수 있다. Vout보다 큰 전압은 전원(예를 들어, DC-대-DC 변환기(206))에 의해 생성될 수 있다.
도 4b에서, 전력이 턴온될 때, AC 라인 전압 VAC(또는 정류기(204)의 출력 전압 Vout)이 0으로부터 증가한다. 시간 t1에서, VAC는, 예를 들어, 0으로부터 5.1V RMS로 증가한다. 파워 트랜지스터 M1은 시간 t1에서 턴온된다. 시간 t2에서, VAC는, 예를 들어, 5.1V RMS로부터 6V RMS로 증가한다. 파워 트랜지스터(M1)는 시간 t2가 될때까지 턴온되고 시간 t2에서 턴오프된다. 이후, VAC는 VAC의 피크 값까지 증가하고 감소하기 시작한다. 시간 t3에서, VAC는, 예를 들어, 피크 값으로부터 6V으로 감소한다. 파워 트랜지스터(M1)는 시간 t3에서 턴온된다. 시간 t4에서, VAC는, 예를 들어, 6V로부터 5.1V로 감소한다. 파워 트랜지스터(M1)는 시간 t4가 될 때까지 턴온되고 시간 t4에서 턴오프된다. 이어서, VAC는 0V까지 감소하고 사이클은 AC 라인 전압 VAC의 선 주파수에서 반복된다.
드레인 전류 Idrain은 파워 트랜지스터(M1)를 통해 흐르고, 시간 t1에서 t2까지, 그리고 시간 t3부터 t4까지 커패시터 Cout에 출력 전압 Vout를 충전시킨다. 출력 전압 Vout은 시간 t1에서 t2까지, 그리고 시간 t3부터 t4까지 증가한다. 파워 트랜지스터(M1)은 턴오프되고, 하프 사이클 동안 다른 시간들에서는 커패시터 Cout를 충전시키지 않는다. 커패시터 Cout은 시간 t2에서 t3까지, 그리고 시간 t4부터 t1까지 방전된다. 따라서, 출력 전압 Vout은 시간 t2에서 t3까지, 그리고 시간 t4부터 t1까지 감소한다.
도 5를 참조하면, 스타트업될 때(즉, 전원이 턴온될 때), 전원의 제어기에 전력을 제공하는 방법(250)이 도시된다. 252에서, 제어는 전원(AC 라인 전압)에 전력이 턴온되는 지를 결정하고, 전력이 턴온될 때까지 기다린다. 254에서, 전력이 턴온될 때, 제어는 파워 트랜지스터를 턴온하고, AC 라인 전압이 AC 라인 전압의 각 반 주기의 상승 및 하강 부분 동안 제 1 값 및 제 2 값 사이에 있을 때 커패시터를 충전시킨다. 제어는 각 반 주기 동안 다른 시간들에서 파워 트랜지스터를 턴 오프한다. 커패시터의 출력 전압이 요구된 전압(예를 들어, 5V DC) 이하인지 여부에 기초하여, 제어는 또한 파워 트랜지스터를 턴 온 및 턴 오프시킨다. 256에서, 제어는 전원의 제어기에 전력을 공급하도록 커패시터에 의한 전압 출력을 사용한다. 따라서, 전원은 AC 라인 전압으로부터 하나 이상의 DC 전압들을 발생시킬 수 있다. 258에서, 제어는 전원의 출력이 안정적인지를 결정한다. 전원의 출력이 아직 안정적이지 않으면 제어는 254로 돌아간다. 260에서, 전원의 출력이 안정적이라면, 제어는 제어기에 전력을 공급하기 위해 전원의 출력, 및 전력 트랜지스터 및 커패시터를 포함하는 스타트업 회로의 턴들을 사용한다.
앞서 언급된 서술은 단지 예시적인 것이고, 개시, 적용, 또는 사용들을 제한하도록 의도하는 것은 아니다. 본원의 넓은 교시(teaching)들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본원이 특정 예들을 포함하는 동안, 본원의 진정한 범위는 제한되지 않아야하고, 이는 다른 변형들이 도면들, 상세한 설명, 및 하기의 청구범위를 통해 명확해지기 때문이다. 명확함을 위해, 동일한 참조 번호들은 유사한 요소들을 식별하기 위해 도면들에서 사용될 것이다. 본 명세서에서 사용된, 어구 'A, B, 및 C 중 적어도 하나'는 비배타적 논리 '또는'을 사용하는 논리(A 또는 B 또는 C)를 의미하도록 해석되어야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계들은 본원의 원리들을 변경하지 않고 다른 순서로(또는 동시에) 실행될 수 있음을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 시스템에 있어서,
    교류(AC) 라인 전압을 수신하도록 구성된 파워 트랜지스터(power transistor)와; 그리고
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 AC 라인 전압의 반 주기(half cycle)의 상승부 동안, 상기 AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온(turn on)하고 그리고 상기 AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프(turn off)하도록 구성되고, 상기 제 2 값은 상기 제 1 값보다 크며, 그리고
    상기 반 주기의 하강부 동안, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 2 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고 그리고 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성되는,
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    커패시터를 더 포함하고, 상기 파워 트랜지스터가 턴온될 때 상기 파워 트랜지스터가 상기 커패시터를 충전하고, 상기 커패시터는 상기 제 1 값보다 작은 값을 갖는 전압을 출력하는,
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커패시터에 의한 상기 전압 출력이 상기 제 1 값 이상일 때 상기 제어 회로는 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성되는,
    시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 AC 라인 전압에 기초하여 직류(DC) 전압을 발생시키도록 구성된 전원과; 그리고
    상기 전원을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하고,
    상기 커패시터에 의한 상기 전압 출력은 상기 제어기에 전력을 제공하는,
    시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 파워 트랜지스터를 디스에이블하도록 구성되는,
    시스템.
  6. 시스템에 있어서,
    교류(AC) 라인 전압을 수신하고, 파워 트랜지스터가 상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 턴온될 때에 기초하여 커패시터를 출력 전압으로 충전하도록 구성된 상기 파워 트랜지스터와; 그리고
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 상기 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 있을 때 상기 커패시터를 충전하기 위해 상기 파워 트랜지스터를 턴 온하도록 구성되고, 상기 제 1 값은 상기 출력 전압 이상이고, 상기 제 2 값은 미리 결정된 양만큼 상기 제 1 값보다 크며, 그리고
    상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 없을 때 또는 상기 커패시터가 상기 출력 전압으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성되는,
    시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    전원을 제어하기 위해 구성된 제어기를 더 포함하고,
    상기 전원은 상기 AC 라인 전압에 기초한 직류(DC) 전압을 발생시키고,
    상기 커패시터는 상기 제어기에 상기 출력 전압을 출력시키는,
    시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 파워 트랜지스터 및 상기 제어 회로의 컴포넌트들을 턴오프하도록 구성되는,
    시스템.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 회로는:
    상기 AC 라인 전압을 분할하도록 구성된 분압기(voltage divider)와;
    상기 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하도록 구성된 비교기와; 그리고
    상기 비교에 기초하여, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 있을 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 없을 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된 스위치를 포함하는,
    시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 회로는:
    상기 출력 전압을 분할하도록 구성된 분압기와;
    상기 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하도록 구성된 비교기와; 그리고
    상기 비교에 기초하여, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 있을 때 그리고 상기 커패시터가 상기 출력 전압 미만으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고, 상기 커패시터가 상기 출력 전압 이상으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하도록 구성된 스위치를 포함하는,
    시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는:
    상기 교류(AC) 라인 전압에 접속된 제 1 단, 및 제 2 단을 구비한 제 1 저항과;
    상기 제 1 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단, 및 제 2 단을 구비한 제 2 저항과;
    상기 제 1 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 입력, 기준 전압에 접속된 제 2 입력, 및 제 1 출력을 구비한 제 1 비교기와;
    상기 제 1 비교기의 제 1 출력에 접속된 게이트, 상기 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 소스, 및 드레인을 구비한 제 1 트랜지스터와;
    상기 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 소스, 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속된 드레인, 및 게이트를 구비한 제 2 트랜지스터와;
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 접속된 제 2 출력, 상기 기준 전압에 접속된 제 1 입력, 및 제 2 입력을 구비한 제 2 비교기와;
    상기 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단 및 상기 제 2 비교기의 제 2 입력에 접속된 제 2 단을 구비한 제 3 저항과;
    상기 제 2 비교기의 제 2 입력에 접속된 제 1 단을 구비하고 그리고 제 2 단을 구비한 제 4 저항과;
    상기 제 4 저항의 제 2 단에 접속된 제 1 단 및 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속된 제 2 단을 구비한 제 5 저항과; 그리고
    상기 제 5 저항의 제 1 단에 접속된 캐소드를 구비하고 그리고 애노드를 구비한 다이오드를 포함하고,
    상기 시스템은, 상기 다이오드의 캐소드에 접속된 제 1 단 및 상기 제 2 저항의 제 2 단에 접속된 제 2 단을 구비한 커패시터를 더 포함하고, 그리고
    상기 파워 트랜지스터는 상기 다이오드의 애노드에 접속된 소스, 상기 제 1 저항의 제 1 단에 접속된 드레인, 및 상기 제 2 트랜지스터의 드레인에 접속된 제어 단자를 포함하는,
    시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 회로는:
    상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속된 드레인, 상기 제 2 저항의 제 2 단자에 접속된 소스, 및 게이트를 구비한 제 3 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제 3 트랜지스터의 게이트가 풀업(pull-up)될 때, 상기 제 3 트랜지스터는 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 상태에 상관없이 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는,
    시스템.
  13. 방법에 있어서,
    교류(AC) 라인 전압을 파워 트랜지스터에 공급하는 단계와;
    상기 AC 라인 전압의 반 주기의 상승부 동안, 상기 AC 라인 전압이 제 1 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고 그리고 상기 AC 라인 전압이 제 2 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계 - 상기 제 2 값은 상기 제 1 값보다 크며 - 와; 그리고
    상기 반 주기의 하강부 동안, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 2 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고 그리고 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값에 도달할 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 파워 트랜지스터가 턴온될 때 커패시터를 충전하는 단계와; 그리고
    상기 제 1 값보다 작은 값은 갖는 전압을 출력하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 커패시터에 의한 상기 전압 출력이 상기 제 1 값 이상일 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    전원을 사용하여 상기 AC 라인 전압에 기초한 직류(DC) 전압을 발생시키는 단계와; 그리고
    상기 커패시터에 의한 상기 전압 출력을 사용하여, 상기 전원을 제어하기 위해 구성된 제어기에 전력을 제공하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  17. 방법에 있어서,
    교류(AC) 라인 전압을 파워 트랜지스터에 공급하는 단계와;
    상기 파워 트랜지스터가 상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 턴온될 때에 기초하여 커패시터를 출력 전압으로 충전하는 단계와;
    상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 상기 AC 라인 전압이 제 1 값과 제 2 값 사이에 있을 때 상기 커패시터를 충전하기 위해 상기 파워 트랜지스터를 턴온하는 단계 - 상기 제 1 값은 상기 출력 전압 이상이고, 상기 제 2 값은 미리 결정된 양만큼 상기 제 1 값보다 크며 - 와; 그리고
    상기 AC 라인 전압의 반 주기 동안 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 없을 때 또는 상기 커패시터가 상기 출력 전압으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계를 포함하는,
    방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 AC 라인 전압에 기초한 직류(DC) 전압을 공급하기 위해 구성된 전원을, 상기 출력 전압에 기초하여 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    분압기를 사용하여 상기 AC 라인 전압을 분할하는 단계와;
    상기 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하는 단계와; 그리고
    상기 비교에 기초하여, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 있을 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 없을 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    분압기를 사용하여 상기 AC 라인 전압을 분할하는 단계와;
    상기 분압기의 출력과 기준 전압을 비교하는 단계와; 그리고
    상기 비교에 기초하여, 상기 AC 라인 전압이 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 사이에 있을 때 그리고 상기 커패시터가 상기 출력 전압 미만으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴온하고, 상기 커패시터가 상기 출력 전압 이상으로 충전될 때 상기 파워 트랜지스터를 턴오프하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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