KR101948127B1 - 히스테리틱 전력 변환기에서 소프트-스타트 장치 및 방법들 - Google Patents

히스테리틱 전력 변환기에서 소프트-스타트 장치 및 방법들 Download PDF

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Abstract

하나의 일반적 측면에서, 전력 공급 회로는 전원(power source)과 연결되고 부하 회로로 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단(power stage)을 포함할 수 있고, 상기 전력단과 연결되고 기준 전압을 수신하도록 구성된 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 공급 회로는, 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 어느 하나를 수신하고 상기 전력 공급 회로의 소프트-스타트(soft-start)시 상기 피드백 전압 또는 상기 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 응답하여 상기 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

히스테리틱 전력 변환기에서 소프트-스타트 장치 및 방법들{Apparatus and methods of soft-start in a hysteretic power converter}
본 출원은 “Apparatus and Methods for Soft-Start in a Hysteretic Power Converter”이라는 이름의 2011년 3월 30일에 출원된 미국 비정규 특허 출원번호 제61/469,486호에 대하여 우선권 및 그 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다.
또한, 본 출원은 “Apparatus and Methods for Soft-Start in a Hysteretic Power Converter”이라는 이름의 2011년3월 30일에 출원된 미국 비정규 특허 출원번호 제61/469,486호에 대하여 우선권 및 그 이익을 주장하는, “Apparatus and Methods for Soft-Start in a Hysteretic Power Converter”이라는 이름의 2011년4월 24일에 출원된 미국 정규 특허 출원번호 제13/216,565호에 대하여 우선권 및 그 이익을 주장한다. 상기 두 개의 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다.
본 발명은 히스테리틱(hysteretic) 전력 변환기 관한 것이다.
몇몇 종래의 전력 공급 회로들(예를 들면, 히스테리틱 벅(buck) 변환기와 같은 DC(Direct Current)-투(to)-DC 변환기)은 소프트-스타트(soft-start) 회로 및 점진적으로 램프(ramp)되는 기준 전압(reference voltage)을 이용하여 구현된 소프트-스타트 프로세스(soft-start process)를 통해서 점진적으로 작동될 수 있다. 전력 공급(power supply) 회로는 예를 들면, 인-러쉬(in-rush)전류 및 전압 스파이크 등과 같은, 전력 공급 회로 및/또는 전력 공급 회로와 연결된 부하회로에 손상을 줄 수 있는 것들을 줄이기 위해서 점진적으로 작동될 수 있다.
다바이스 기술에서의 한계 및/또는 종래의 전력 공급 회로들에 포함된 오차 비교기들(error comparators)의 입력 전압 범위로 인하여, 전력 공급 회로를 (소프트-스타트 프로세스를 사용하는 대신에) 순간적으로 작동시키는데 따른 원치 않는 현상들은 피할 수 없다. 예를 들면, 피드백 전압의 낮은 수치들 및/또는 램프된(ramped) 기준 전압의 낮은 수치들은, 그러한 낮은 전압 수치들을 다루도록 구성되지 않은 오차 비교기들과 사용된 경우, 심지어 소프트-스타트 프로세스 구간에서도 서지(surge) 전류 및 출력 전압 오버슈트(overshoot)를 발생시킬 수 있다. 비록 낮은 전압들을 다룰 수 있는 몇몇 종래의 폴디드-캐스코드 토폴로지들(folded-cascode topologies) 이 오차 비교기들로서 이용될 수 있지만, 이러한 폴디드-캐스코드 토폴로지들은 원치 않는 수준의 전력 및 공간을 소비하거나, 또는 고속 어플리케이션들에 적합할 정도로 요구되는 이득을 갖지 못한다.
몇몇 종래의 전력 공급 회로들에서, 소프트-스타트 프로세스 도중의 전류/전압 스파이크들은 전력 공급 회로 및/또는 그와 연결된 부하회로의 전류/전압 한계값들에 근접하거나 심지어 한계값을 초과할 수 있다. 이러한 상대적으로 높은 전류/전압은 어떤 어플리케이션들에서 신뢰성 및/또는 고장 이슈들(issues)을 일으킬 수 있다. 일부 예들에서, 출력 전압 오버슈트는 부하 회로에서 UVLO(Under-Voltage Lock-Out) 회로로 하여금 잘못 트리거(trigger)되도록 한다.
따라서, 현재 기술의 미비함을 해결하고 새롭고 혁신적인 상이한 특징들을 제공하는 시스템들, 방법들 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
하나의 일반적인 측면에서, 전력 공급 회로는 전원(power source)과 연결되도록 구성되고 부하 회로에 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단(power stage)을 포함할 수 있고, 상기 전력단과 연결되고 기준 전압을 수신하도록 구성된 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 공급 회로는 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 어느 하나를 수신하도록 구성되고 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로를 포함할 수 있다.
다른 일반적 측면에서, 전력 공급 회로는 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 트리거하도록 구성된 기준 전압 회로 및 상기 기준 전압 회로와 연결된 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 공급 회로는 상기 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 일반적 측면에서, 방법은 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 전력 공급 회로의 비교기에서 기준 전압을 수신하는 단계 및 전력 공급회로의 소프트-스타트에 응답하여 생성된 피드백 전압을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 피드백 전압 또는 상기 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 구현들에 대한 세부 사항들은 아래에서 수반되는 도면들과 설명에서 설명된다. 기타 특징들은 상세한 설명과 도면들, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 히스테리시스 제어 회로를 포함하는 전력 공급 회로를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2d는 일실시예에 따른 전력 공급 회로의 적어도 몇 부분들의 동작을 총괄하여 나타내는 그래프들이다.
도 3은 일실시예에 따른 전력 공급 회로의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4a는 히스테리시스 제어 회로가 없는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 전력 공급으로부터 나오는 전류의 과도 응답을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 히스테리시스 제어 회로가 없는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 부하 회로로 나가는 출력 전압의 과도 응답을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 히스테리시스 제어 회로를 갖는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 부하회로로 나가는 출력 전압의 과도 응답을 나타내는 도면이다.
도 1은 히스테리시스 제어 회로(160)를 포함하는 전력 공급 회로(120)를 나타내는 도면이다. 상기 전력 공급 회로(120)는 전원(150)으로부터 부하 회로(136)에 전력을 전달하도록 구성된다. 특히, 전력 공급 회로(120)는 부하 회로(136)에 전달되고 (피드백 회로(180)를 포함하는 피드백 제어 루프(loop)와 관련된)피드백 전압 (18)을 기초로 한 출력전압(16)을 관리(예를 들면, 제어, 조정)하도록 구성된다. 즉, 전력 공급 회로(120)는 전원(150)으로부터 부하 회로(136)로 전달되는 출력 전압(16)을 조정하도록 구성된다.
도 1에 표시된 전력 공급 회로(120)는 부하 회로(136)에 대한 전압 제어(예를 들면, 조정)를 제공하도록 구성된 히스테리시스-형의 전력 공급 회로(예를 들면, 히스테리틱 전력 변환기, 히스테리틱 DC(direct-current)-to-DC 벅(buck) 변환기, 히스테리틱 DC-to-DC 벅-부스트(buck-boost) 변환기, 히스테리틱 DC-to-DC 부스트(boost) 변환기)이다. 특히, 히스테리시스-형의 전력 공급 회로로서의 전력 공급 회로(120)는 상대적으로 빠른 응답을 통해 출력 전압(16)을 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압에 의해 경계 지어진 출력 전압 범위(히스테리틱 출력 전압 범위로 지칭될 수 있음) 내에서 제어하도록 구성된다. 출력전압(16)이 하위 문턱 전압보다 낮게 떨어지면(또는 같게 되면), 전력 공급 회로(120)는 부하 회로(136)에 전력을 제공하도록(예를 들면, 보다 많은 전력을 제공하도록) 구성된다. 출력 전압(16)이 상위 문턱 전압을 초과하면(또는 같게 되면) 전력 공급 회로(120)은 더 적은 전력을 제공하거나 부하 회로(136)로 공급되는 전력을 중단하도록 구성된다. 그래서, 출력전압(16)은 전력 공급 회로(120)에 의해서 출력 전압 범위의 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압 사이에(또는 대체로 사이에) 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서 상위 문턱 전압과 하위 문턱전압은 출력 문턱 전압들이라고 함께 지칭될 수 있으며, 출력 전압 범위의 전압 한계들이라고 지칭 수도 있다.
전력 공급 회로(120)의 히스테리틱 제어는 적어도 일부분에 대해서 전력 공급 회로(120)에 포함된 히스테리틱 비교기(170)에 의해서 트리거된다. 특히, 상기 히스테리틱 비교기(170)는 전력단(power stage)(124)이 전원(power source)(150)으로부터 피드백 전압(18)과 기준 전압(12)을 기초로 하여 전력을 (히스테리틱 방식으로) 공급하는 것을 트리거하도록 구성된다. 피드백 전압(18)은 출력 전압(16)을 기초로 하는(예를 들면, 그로부터 유도된) 피드백 회로(180)에 의해서 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 회로(180)는 (저항들을 포함하는) 전압 분배기 또는 (피드백 전압(18)이 출력 전압(16)과 동일(또는 실질적으로 동일)할 수 있는 경우에서) 신호 통과 회로(예를 들면, 와이어)와 같이 어떠한 형태의 회로도 될 수 있다.
히스테리틱 비교기(170)는 출력 전압 범위 내에서 (예를 들면, 출력 전압 범위의 전압 한계치들 내에서) 출력 전압이 존재하는 그러한 전력을 제공하는 전력단(124)을 트리거하기 위해서 피드백 전압(18)을 기준 전압(12)과 함께 이용하도록 구성된다. 히스테리틱 비교기(170)는 히스테리시스를 갖는 오차 비교기이기 때문에 히스테리틱 비교기라고 지칭된다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기(170)는 상대적으로 빠른 과도 응답 시간, 낮은 전력 소모, 상대적으로 작은 풋프린트(footprint)(예를 들면, 작은 실리콘 면적) 및 같은 바이어스(bias) 전류에서 상대적으로 높은 게인(gain) 등(예를 들면, 폴디드-캐스코드(folded-cascode) 비교기와 관련된)을 갖도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)가 관리되는 범위 내에 있는 출력 전압 범위은 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리틱 전압 범위와 일치할 수 있다. 예를 들면, 히스테리틱 비교기(170)는 전력 공급 회로(120)의 목표 출력 전압과 동일하거나 그와 비례하는 히스테리틱 전압 범위를 (상위 문턱 전압 및 하위 문턱전압과 함께) 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기(170)는 명시된 출력 전압 범위 내에서 전력 공급 회로(120)의 출력 전압(16)에 대한 제어를 트리거하는 히스테리틱 전압 범위를 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 전력 공급 회로(120)의 출력 전압(16)은 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리틱 전압 범위에 대한 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압을 기초로 한 출력 전압 범위의 상위 문턱 전압 및 하위 문턱 전압 사이에 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 전압 범위의 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압은 히스테리틱 문턱 전압 또는 히스테리틱 전압 범위에 대한 전압 한계라고 함께 지칭될 수 있다.
전력 공급 회로(120)가 정지 상태(예를 들면, 비동작 상태)로부터 작동되고(예를 들면, 동작 상태로 작동되고) 있을 때, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 다이나믹하게(dynamically) 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 전력 공급 회로(120)가 동작되고 (예를 들면, 시동되고(started-up)) 있을 때, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 비활성화하도록(또는 끄도록) (예를 들면, 히스테리시스를 0으로 줄이도록) 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)가 동작 상태에 있을 때 (예를 들면, 출력 전압이 전력 공급 회로의 조정된 전압 범위 내에 있을 때) 또는 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트 프로세스 동안 특정 조건들(예를 들면, 전압 조건들, 전류 조건들)에 도달할 때까지, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 비활성화하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 히스테리틱 비교기(170)의 하나 또는 그 이상의 브랜치들(branches)(예를 들면, 사이드들(sides))을 통과하는 전류 및/또는 그에 걸리는 전압을 변경함으로써 변경(예를 들면 제어, 수정)될 수 있다.
전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트 프로세스에서 히스테리시스 제어 회로(160)에 의해 제공되는 히스테리시스 제어(예를 들면, 히스테리시스의 비활성화)가 없다면, 출력 전압(16)은 원하는 방식으로 전력 공급 회로(120)에 의해 제어될 수 없다. 전력 공급 회로(120)가 작동되는 동안(초기 시동시), 전력 공급 회로(120)의 적어도 일부분(예를 들면, 히스테리틱 비교기, 피드백 제어, 출력 필터들 등)은 충분히 작동되지 (예를 들면, 원하는 동작 조건들(예를 들면, 전류 및/또는 전압)내에서 충분히 기능되거나 동작되지) 않을 수 있다. 즉, 전력 공급 회로(120)가 작동되거나 그 동작 상태에 근접할 때까지, 전력 공급 회로(120)의 적어도 일부분은 원하는 방식으로 기능하지 않을 수 있다.
예를 들면, 히스테리틱 비교기(170)는 전력 공급 회로(120)의 초기 시동시 낮은 피드백 전압(18) 수치 및/또는 낮은 기준 전압(12) 수치에서, 전력 공급 회로(120)가 작동됨에 따라서 전류 서지들(surges) 및/또는 전압 스파이크들(예를 들면, 오버슈트)과 같은 원치 않는 반응을 일으키면서 제대로 동작할 수 없을 수 있다. 그래서, 히스테리시스 제어 회로(160)에 의한 히스테리시스의 다이나믹 제어(예를 들면 소프트-스타트 프로세스에서 히스테리시스 수치를 증가시키는 것)는 전력 공급 회로(120)의 (상대적으로 낮은 전압에서) 시동시 히스테리틱 비교기(170)에 의해 발생되는 전력 공급 회로(120)의 원치 않는 반응(들)을 제거하도록 (또는 상당히 줄이도록) 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)가 동작 상태에 들어가면(또는 문턱 작동 수준에 도달함으로써 측정되는 동작 상태에 근접하면), 히스테리시스 제어 회로(160)은 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동하도록(또는 켜도록) 구성될 수 있다. 특히, 히스테리틱 비교기(170)의 전압들(예를 들면, 피드백 전압(18) 또는 기준 전압(12), 레일(rail) 전압들)이 히스테리틱 비교기(170)가 제대로 동작할 수 있는 수준에 있을 때, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스(예를 들면, 히스테리시스 제어)를 작동하도록(또는 켜도록) 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 히스테리시스 수치가 히스테리시스 제어 신호(17) 의 전압/전류 수치에 대한 함수일 수 있는 경우에(히스테리시스의 아날로그 제어), 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리시스 제어 신호(17)를 이용하여 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스 수치를 변경(예를 들면, 증가, 감소)하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서(히스테리시스의 디지털 제어), 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리시스 제어 신호(17)를 이용하여 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동시키거나 비활성화시키도록 구성될 수 있다. 즉, 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 활성화된 (또는 활성화 되지 않은) 히스테리시스 제어 신호(17)에 응답하여 작동될 수 있고, 히스테리시스의 비교기(170)의 히스테리시스는 활성화되지 않은(또는 활성화된) 히스테리시스 제어 신호(17)에 응답하여 비활성화 될 수 있다. 본 상세한 설명을 통틀어서, 히스테리시스 제어 신호(17)와 같은 신호가 인가되면 상기 신호는 제1 수치를 가질 수 있으며, 상기 신호가 인가되지 않으면 상기 신호는 제2 수치를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 수치는 제1 수치의 반대일 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 인가된 신호는 높은 수치(예를 들면, 높은 전압, 높은 2진수치)를 가질 수 있고, 신호가 인가되지 않으면 낮은 수치(예를 들면, 낮은 전압, 낮은 2진 수치)로 변경될 수 있다.
히스테리시스의 아날로그 제어에 있어서, 아날로그 신호(17)가 히스테리시스 제어 회로(160)에서 피드백 전압(18)로부터 유도된 경우, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)로 히스테리시스 제어 신호(17)와 같은 아날로그 신호를 공급함으로써 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 제어하도록 구성될 수 있다. 히스테리시스의 디지털 제어에 있어서, 히스테리시스 제어 회로(160)는 피드백 전압(18)을 기초로 하는(예를 들면, 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압을 기초로 하는) 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동(또는 비활성화)시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 피드백 전압(18)이 상대적으로 낮을 때(예를 들면, 문턱전압보다 낮을 때), 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 비활성화 될 수 있고, 피드백 전압(18)이 상대적으로 높을 때(문턱 전압보다 높을 때), 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 작동될 수 있다.
히스테리시스의 디지털 제어에 대한 일부 실시예들에서, 복수의 히스테리시스 수치들은 피드백 전압(18)과 관련된 복수의 문턱 수치들과 함께 이용될 수 있다. 상기 실시예들에서, 히스테리시스 제어 신호(17)는 복수의 비트 또는 복수의 라인을 가지는 디지털 신호일 수 있다. 예를 들면, 히스테리틱 비교기(170)의 제1 히스테리시스(또는 히스테리틱 전압 범위)는 제1 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압(18)에 응답하여 제1 디지털 수치를 갖는 히스테리시스 제어 신호(17)를 기초로 하여 트리거될 수 있다. 히스테리틱 비교기(170)의 제2 히스테리시스(또는 히스테리틱 전압 범위)는 제2 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압(18)에 응답하여 제2 디지털 수치를 갖는 히스테리시스 제어 신호(17)를 기초로 하여 트리거될 수 있다.
일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스에 대한 활성화는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 낮은 수치에서 더 높은 수치로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 낮은 수치(예를 들면, 0 수치, 10mV) 에서 높은 수치(예를 들면, 30mV, 50mV, 200mV)로 증가될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 기준 전압 회로(140)는 소프트-스타트 회로(142)를 포함한다. 제어되는 방식으로 전력 공급 회로(120)가 동작 상태로 작동(예를 들면, 점진적으로 작동, 시동)될 수 있도록, 기준 전압(12)을 램프-업(ramp-up) (예를 들면, 느리게 램프-업, 단조롭게 램프-업)하도록 구성된다. 일부 실시예에서는, 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트시 기준 전압(12)는 소프트-스타트 기준 전압이라고 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)가 특정 조건들(예를 들면, 전압 조건들, 전류 조건들)로 동작 상태에서 제대로 동작하거나 몇몇 특정 조건들(전압 조건들, 전류 조건들)에 도달하는 것에 의해 측정되는 동작 상태에 근접할 때까지 인-러쉬(in-rush) 전류, 노이즈 및/또는 등을 회피할 수 있도록, 전력 공급 회로(120)의 초기 작동시 기준 전압을 램프-업(ramp-up)하는 것이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소프트-스타트 회로(142)는 기준 전압 회로(140)와 관련된 채로 분리(예를 들면, 내부에 포함하지 않는) 될 수 있다.
히스테리시스 제어 회로(160)은 소프트-스타트 회로(142)에 의해서 관리되는(예를 들면, 구현되는, 수행되는, 트리거되는) 소프트-스타트와 연결되어 기능하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준 전압(12)이 소프트-스타트 제어 회로(142)에 의해 램프업되는 동안, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동시키도록 구성될 수 있다. 그래서, 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트가 소프트-스타트 회로(142)에 의해 시작될 때, 히스테리틱 비교기(170)의 (히스테리시스 제어 회로(160)에 의해서 제어되는(예를 들면, 트리거 되는)) 히스테리시스는 비활성화(또는 낮은 수치로)될 수 있다. 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트가 진행되면서, 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 작동될 수 있다(또는 높은 값으로 변경될 수 있다).
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트시 피드백 전압(18)이 문턱전압(제어 문턱 전압으로도 지칭될 수 있음)을 초과하는 경우, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 피드백 전압(18)이 문턱 전압에서 수백 밀리볼트(mV)(예를 들면, 100mV, 200mV, 500mV)만큼 초과할 때, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 증가(예를 들면, 작동)시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 출력 전압(16)을 기초로 한(예를 들면, 유도되는) 피드백 전압(18)과 함께 피드백 회로(180)를 포함하는 전력 공급 회로(120)의 제어 루프(loop)는 일반 동작시뿐만 아니라 소프트-스타트시에도 출력 전압(16)을 조정하는데 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, (피드백 전압(18) 보다는 차라리) 기준 전압(12)이 문턱 전압을 초과(또는 도달)할 때, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, (소프트-스타트 기준 전압이 될 수도 있는) 기준 전압(12)이 상대적으로 낮을 때(예를 들면, 문턱 전압보다 낮을 때), 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 비활성화될 수 있고, 기준 전압(12)이 상대적으로 높을 때(문턱 전압보다 높을 때), 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스는 작동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리시스 제어 회로(160)는 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 기준 전압(12)과 피드백 전압(18)의 조합을 기초로 하여 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 소프트-스타트 회로(142)에 의해 관리되는 소프트-스타트는 홀로 전력 공급 회로(120)의 (상대적으로 낮은 전압들로) 시동시 전력 공급 회로(120)의 원치 않는 반응(들)을 제거하지 못할 수 있기 때문에, 히스테리시스 제어 회로(160)는 소프트-스타트 회로(142)에 의해서 관리되는 소프트-스타트시 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 작동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상대적으로 낮은 전압들(예를 들면 0mV에서 500mV사이의 전압들) 에서 원하는 방식으로 동작하지 않을 수 있는 히스테리틱 비교기(170)의 구성이 전력 공급 회로(120)에 사용될 때, 전력 공급 회로(120)의 원치 않는 (전류 서지들 및/또는 전압 스파이크들과 같은) 출력 전력 반응이 일어날 수 있다. 상대적으로 낮은 입력 전압들에서 히스테리시스 제어 회로(160)를 이용하여 히스테리틱 비교기(170)의 히스테리시스를 비활성화 하는 것은 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트시 전력 공급 회로의 원치 않는 반응을 제거(또는 상당히 감소)시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)의 소프트-스타트시 전력 공급 회로(120)의 히스테리시스 제어(예를 들면, 히스테리틱 비교기(170)에 의해 제공되는)를 변경하는 것(예를 들면, 제어하는 것, 작동시키는 것, 비활성화 시키는 것)은, 전력 공급 회로(120) 및 /또는 부하 회로(136)에 대한 신뢰성 이슈들, 전력 공급 회로(120) 및/또는 부하 회로(136)에서의 고장, 부하 회로(136)의 원치 않는 반응(불필요한 UVLO(under-voltage lock-out)와 같은) 등의 원인이 될 수 있는 원치 않는 반응들(예를 들면, 전류 서지들, 전압 스파이크들)을 제한(또는 제거)할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)는 (특화되기 보다 차라리) 전형적인 반도체 디바이스들(예를 들면, 저항들, 캐패시터들(capacitors), MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor) 디바이스들, 다이오드들)을 이용하여 만들어 질 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 피드백 전압(18)은 출력 전압(16)을 기초로 하는 피드백 회로(180)에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 피드백 회로(180)는 전압 분배기 또는 다른 형태의 회로가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 전압(18)은 출력 전압(16)과 같지 않을 수 있다(또는 대체로 같지 않을 수 있다). 일부 실시예들에서, 출력 전압(16)은 피드백 전압(18)으로 직접 사용될 수 있고, 피드백 회로(180)는 선택적으로 포함되지 않을 수 있다. 상기 실시예에서, 피드백 회로(180)는 와이어(wire)가 될 수 있고, 신호가 통과하는 블록(block)이 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들면, 전력 공급 회로(120)는 전력단(124) 내에 스위치 회로를 포함하는 스위치 어떠한 레귤레이터(switch regulator)의 형태라도 될 수 있거나 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로(120)은 SMPS(switched-mode power supply)라고 지칭될 수 있다. 예를 들면, 전력 공급 회로(120)은 벅(buck) 레귤레이터, 부스트(boost) 레귤레이터, 벅-부스트(buck-boost) 레귤레이터 등이 될 수 있다.
도시되지 않았지만, 출력 스테이지(예를 들면, 인덕터들(inductors) 및/또는 캐패시터들(capacitors)을 포함하는 출력 스테이지), 제어 회로 및/또는 등이 도 1에 도시된 전력단(124)과 실시할 수 있게 연결되거나 그에 포함될 수 있다. 예를 들면, 전력단(124)은 전력단(124)내에서 스위치 회로의 스위치 동작을 트리거할 수 있는 제어 신호를 생성하도록 구성된 어떤 제어 회로의 형태라도 포함할 수 있다. 예를 들면, 전력단(124)의 제어 회로는 구형파형(예를 들면, 상승 에지(edge) 및 하강 에지를 갖는 구형파형)을 갖는 제어 신호를 생성하도록 구성된 신호 생성기(generator)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 출력 스테이지는 전력단(124)의 특정한 구현에 사용될 수 있는 어떠한 회로도 포함할 수 있다. 예를 들면, 출력 스테이지는 전력단(124)에 대한 다양한 회로들, 예를 들어 하나 또는 그 이상의 캐패시터들, 인턱터들, 변압기들, 트랜지스터들, 저항들, 피드백 회로들 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기(170)는 전력단(124)의 제어 회로 내에 포함될 수 있다.
전원(150)은 어떠한 전원의 종류도 될 수 있다. 예를 들면, 전원(150)은 배터리, 연료 전지, 등과 같은 DC(direct current) 전원이 될 수 있다. 도 1에 도시되지 않았지만, (전력단(124)에 추가되어) 전력 공급 회로(120)의 추가적인 부분들은 전원(150)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 예를 들면, 기준 전압 회로(140), 히스테리시스 제어 회로(160) 및/또는 히스테리틱 비교기(170)는 전원(150)으로부터 전력 공급이 공급될 수 있다.
도 2a내지 2d까지는 실시예에 따른 전력 공급 회로의 적어도 일부분의 동작을 총괄하여 나타내는 그래프들이다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로는 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120)과 유사하거나 같을 수 있다. 도 2a내지 2d에서 도시된 바와 같이, 시간은 오른쪽으로 갈수록 증가한다.
특정 시간들, 전압들 등에서 트랜지션들(transitions)을 만들면서 전력 공급 회로의 일부분들에 대한 반응이 도 2a내지 2d까지 연결된 채로 도시되지만, 실제 구현시에는(예를 들면, MOSFET 디바이스들을 사용하여 구현시에는) 상기 요소들의 트랜지션들이 특정 전압 및/또는 특정 시간들의 약간 전후에서 일어날 수 있다. 특히 문턱 전압들에서의 변화, 공정 변화들, 온도 변화들, 디바이스들의 스위치 시간들, 회로 트랜지션의 지연들 및/또는 등이 전력 공급 회로의 요소들에 대한 트랜지션을 트리거 할 수 있는 조건(예를 들면, 비이상적인 조건들)을 일으킬 수 있다. 또한, 노이즈(예를 들면, 스위칭 노이즈), 드리프트(drift), 및/또는 등과 같은 일부 상대적으로 덜 중요한 비이상적 요소들은 상기 그래프에 도시되지 않는다.
도 2a는 전력 공급 회로의 기준 전압을 나타내는 그래프이다. 일부 실시예들에서, 도 2a에서 도시된 기준 전압은 기준 전압 회로(예를 들면 도 1에서 도시된 기준 전압 회로(140))로부터 생성된 기준 전압일 수 있다. 전력 공급 회로는 전원(예를 들면, 도 1에서 도시된 전원(150))으로부터 부하 회로(예를 들며, 도 1에서 도시된 부하회로(136))로 전력을 공급하는 것을 관리하도록 구성될 수 있다. T1과 T2사이에 전력 공급 회로는 비활성화 또는 (전력이 없는) 비동작 상태이다. 그래서, 기준 전압은 0이다.
도 2a에서 도시된 바와 같이, 전력 공급 회로의 소프트-스타트(예를 들면 소프트-스타트 프로세스)는 T2 시점에서 출발이 초기화되고, T3 시점을 넘어 진행된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 기준 전압 회로와 관련된 소프트-스타트 회로(예를 들면 도 1에서 도시된 소프트-스타트 회로(142))에 의해 수행될 수 있다. 본 실시예에서, T2 시점에서 기준 전압이 0에서 시작해서 선형으로 그리고 단조로운 형태로 증가하면서 전력 공급 회로의 소프트-스타트가 초기화 된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로의 소프트-스타트시 기준 전압은 소프트-스타트 기준 전압이라고 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 비선형으로 증가하는 기준 전압에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 기준 전압이 낮을 때(예를 들면, 문턱 전압보다 낮을 때) 전력 공급 회로의 소프트-스타트 회로는 낮은 비율로 기준 전압을 단조롭게 증가시키고, 기준 전압이 상대적으로 높을 때(예를 들면 문턱 전압을 초과할 때) 더 빠른 비율로 기준 전압을 증가시키도록 구성될 수 있으며, 그 반대로도 가능하다. 일부 실시예들에서 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 단조롭게 증가하지 않는 기준 전압에 의해 수행될 수 있다.
도 2b는 전력 공급 회로에 포함된 히스테리틱 비교기의 히스테리시스를 나타내는 도면이다. 히스테리틱 비교기는 도 1에서 도시된 히스테리틱 비교기(170)과 유사하거나 같을 수 있다. 예를 들면, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 도 1에서 도시된 히스테리시스 제어 회로(160)와 같은 히스테리시스 제어 회로에 의해 변경될 수 있다.
도 2b에서 도시된 바와 같이, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스가 T1과 T3 사이 구간에서 꺼져있다(또는 비활성 상태에 있다). 특히, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스가 전력 공급 회로의 소프트-스타트시 기준 전압이 램프-업 될 때, 히스테리시스 비교기의 히스테리시스가 꺼져있다(또는 예를 들면, 히스테리시스 제어 회로에 의해 비활성화 되어있다).
T2 시점에서 기준 전압이 증가하기 시작하는 것에 응답하여, 전력 공급 회로의 출력 전압은 도 2c에서 도시된 바와 같이 약 T2 시점에서 증가하기 시작한다. 도 2c에서 전력 공급 회로의 출력 전압은 기준 전압이 증가하는 것에 비례하거나 대략 같은 비율로 증가한다. 일부 실시예들에서, 전력 공급회로의 출력 전압은 기준 전압의 증가율과 다른 비율료 증가할 수 있다.
도 2d는 도 2c에 도시된 출력 전압을 기초로 한 피드백 전압을 나타낸다. 본 실시예에서, 도 2d에서 도시된 피드백 전압은 도 2c에서 도시된 출력 전압과 같다. 일부 실시예들에서, 피드백 전압은 도 2c에서 도시된 출력 전압과 다를 수 있다. 예를 들면, 전압 분배기를 포함하고 출력 전압을 기초로 한 피드백 회로를 이용하여 피드백 전압이 생성될 수 있다. 상기 실시예들에서, 피드백 전압은 출력 전압과 다를 수 있다.
본 실시예에서, 피드백 전압이 도 2d에 도시된 바와 같이 대략 T3 시점에서 문턱전압 HTV를 초과하는 경우, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 도 2b에 도시된 바와 같이 대략 T3 시점에서 켜진다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 오프(off)-상태(예를 들면, 비활성화 상태)에서 온(on)-상태(예를 들면, 작동 상태)로 바이너리 방식(binary fashion)으로 켜진다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 전력 공급 회로의 출력 전압은 도 2b에서 도시된 히스테리틱 비교기의 히스테리시스의 작동에 의해 영향을 받지 않는다(또는 대체로 영향을 받지 않는다). 점선(20)은 히스테리틱 비교기의 히스테리시스가 켜지고 전력 공급 회로의 소프트-스타트가 T2 시점에서 출발이 초기화 될 때 (도 2a에 도시된 기준 전압이 T2 시점에서 램프되기 시작하는 것에 응답하여), 전력 공급 회로의 오버슈트를 나타낸다.
도 2d의 그래프는 하위 문턱전압(23) 및 상위 문턱 전압(24)에 의해 정의되는 히스테리틱 전압 범위(22)( 히스테리틱 피드백 전압 범위라고 불릴 수 있다)를 나타낸다. 히스테리틱 비교기는 히스테리틱 전압 범위(22)를 기초로 하여 전원(예를 들면, 도 1에서 도시된 전원(150))으로부터 부하 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 부하 회로(136))로 공급되는 전력을 제공하거나 중단시키는 전력단(예를 들면, 도 1에서 도시된 전력단(124))을 트리거 하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에서 도시되지 않았지만, 피드백 전압이 히스테리틱 전압 범위(22)의 상위 문턱 전압(24)에 도달하거나 초과하는 경우, 히스테리틱 비교기는 전원으로부터 부하회로로 공급되는 전력의 중단을 (전력단을 통해서) 트리거 하도록 구성될 수 있다.
도 2c에서 도시된 그래프는 하위 문턱 전압(27)과 상위 문턱 전압(28)에 의해 정의되는 출력 전압 범위(26)을 나타낸다. 본 실시예에서, (도 2c에서 도시된) 전력 공급 회로의 출력 전압은 (도 2d에 도시된) 피드백 전압과 같이 크기가 조정될 수 있으므로, 히스테리틱 전압 범위(22)는 출력 전압 범위(26)와 유사하게 크기가 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, (히스테리틱 비교기가 히스테리틱 제어를 트리거하는데 사용하는) 히스테리틱 전압 범위(22)는 출력 전압 범위(26)가 원하는 한계들(하위 문턱 전압(27) 및/또는 상위 문턱 전압(28))을 가지도록 정의 할 수 있다. 전력 공급 회로의 출력 전압이 출력 전압 범위(26) 내에 있는 (대략 T4 시점에서 시작하는) 때, 전력 공급 회로의 기준 전압은 대략 일정한 전압으로 유지된다.
일부 실시예들에서, 문턱 전압 HTV는 도 2d에서 도시된 것보다 높거나 낮을 수 있다. 많은 실시예들에서 문턱 전압 HTV는 하위 히스테리시스 문턱 전압(23)보다 작거나 같다. 일부 실시예들에서 복수의 (문턱 전압 HTV와 같은) 문턱 전압들은 상기에 서술한 바와 같이 복수의 수치에 대한 히스테리시스 제어에 이용될 수 있다.
히스테리틱 비교기의 히스테리시스가 도 2b에 도시된 바와 같이 디지털 히스테리시스 제어인 경우 바이너리 형식으로(오프-상태에서 온-상태로) 작동되지만, 일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 (히스테리시스 제어를 통해서) 점진적으로 켜질 수 있다. 즉, 비교기의 히스테리시스는 0또는 0이 아닌 수치에서 더 높은 수치로 증가(예를 들면 점진적으로 증가)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 계단 형식(stepwise fashion)으로 켜질 수 있다. 예를 들면, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 제1 문턱 수치를 초과한 것에 응답하여 제1 수치에서 제2 수치로 증가(예를 들면, 계단 형식으로 증가)될 수 있다. 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 (제1 문턱 수치와 다른 수치인) 제2 문턱 수치를 초과한 것에 응답하여 제2 수치에서 제3 수치로 증가(예를 들면 계단 형식으로 증가)될 수 있다.
도 2a내지 2d에서 도시되지 않지만, 일부 실시예들에서는 도 2d에 도시된 피드백 전압이 문턱 전압 HTV 아래로 떨어질 때, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 온-상태에서 오프-상태로 바뀔 수 있다. 즉, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 문턱 전압HTV 아래로 떨어지는 (또는 교차하는) 피드백 전압에 응답하여 비활성화 된다. 일부 실시예들에서는, 히스테리틱 비교기의 히스테리시스는 히스테리틱 비교기의 히스테리시스를 작동시키도록 트리거하는 제2 문턱 전압과 다른(예를 들면, 보다 크거나 작은) 제1 문턱 전압에서 비활성화 될 수 있다. 도 2a내지 2d에 도시되지 않지만, 소프트-스타트 프로세스가 완료되면, 전력 공급 회로는 일반 동작 모드로 기능할 수 있고 소프트-스타트 회로는 비활성화될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 전력 공급 회로의 동작을 나타내는 흐름도이다. 일부 실시예들에서 전력 공급 회로는 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120)와 유사한 전력 공급 회로가 될 수 있다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 전력 공급 회로의 소프트-스타트시, 전력 공급 회로의 비교기에 기준 전압이 수신된다(310). 일부 실시예들에서, 기준 전압은 기준 전압 회로(예를 들면 도 1에서 도시된 기준 전압 회로(140))로부터 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 기준 전압 회로에 포함되거나 관계된 소프트-스타트 회로(예를 들면 도 1에서 도시된 소프트-스타트 회로(142))로부터 생성된 소프트-스타트 기준 전압에 응답하여 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 단조롭게 증가하는 소프트-스타트 기준 전압에 응답하여 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서 전력 공급 회로는 히스테리틱 전력 변환기(예를 들면, DC-투(to)-DC 전력 변환기, DC-투(to)-DC 벅(buck) 변환기)로서 기능하도록 구성될 수 있다.
전력 공급 회로의 소프트-스타트에 응답하여 생성된 피드백 전압이 수신된다(320). 피드백 전압은 히스테리시스 제어 회로(예를 들면 도 1에서 도시된 히스테리시스 제어 회로(160)) 및 히스테리틱 비교기(예를 들면 도1에서 도시된 히스테리틱 비교기(170))로 수신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 전압은 전력 공급 회로의 출력 전압을 기초로 하여 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서는 피드백 전압은 전력 공급 회로에 의해 생성된 출력 전압을 기초로 하여 피드백 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 피드백 회로)에 의해서 생성될 수 있다.
비교기의 히스테리시스는 기준 전압이나 피드백 전압(예를 들면, 문턱 전압을 초과하는) 중 적어도 어느 하나에 응답하여 변한다(예를 들면 제어되거나 증가되는)(330). 비교기의 히스테리틱 전압 범위는 히스테리시스 제어 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 히스테리시스 제어 회로(160))에 의해서 변경(예를 들면, 증가)된다. 일부 실시예들에서, 히스테리시스는 전력 공급 회로의 출력 전압 범위와 일치할 수 있는(예를 들면, 같거나 비례할 수 있는) 히스테리틱 전압 범위와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리틱 전압 범위는 0이나 0이 아닌 값에서부터 증가되거나 0이 아닌 값에서부터 0으로 감소할 수 있다. 일부 실시예들에서, 히스테리시스와 관련된 히스테리틱 전압 범위는 (디지털 (또는 급진) 방식으로) 오프-상태에서 온-상태로 증가할 수 있고, 복수의 문턱 전압에 대응하는 히스테리틱 전압 범위들 사이에서 변경(예를 들면, 수정)될 수 있고, 아날로그 방식으로(예를 들면, 점진적으로 변경되는) 선형 또는 비선형적으로 변경(예를 들면, 수정)될 수 있다.
도 4a는 히스테리시스 제어 회로가 없는 전력 공급 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120))의 소프트-스타트시 전원(예를 들면, 도 1에서 도시된 전원(150))으로부터 나오는 전류의 과도 응답을 나타내는 그래프이다. 도 4a에서 암페어(A) 단위의 전류가 y축에 표시되고, 마이크로 초(㎲) 단위의 시간이 x축에 표시된다. 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 대략 50 ㎲에 초기화된다.
도 4a는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 초기화 이후 즉시, 공정 기술A를 이용하여 만들어진 전력 공급 회로의 구성에 대하여 2A를 초과하는 전류에서의 서지(surge) 및 공정 기술 B를 이용하여 만들어진 전력 공급 회로의 구성에 대하여 거의 4A에 이르는 전류에서의 서지를 (목표치는 대략 파선(dashed line)으로 가정하여) 나타낸다. 또한, 도 4a에서 도시된 바와 같이, 전류는 소프트-스타트 프로세스 동안 수 암페어 크기로 변동한다. 예를 들어, 기술 B에서, 소프트-스타트 프로세스의 초기화에 응답하여 거의 4A까지 전류가 증가한 뒤에, 약 58 ㎲에서는 거의 0A까지 떨어진다.
도 4b는 히스테리시스 제어 회로가 없는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 부하 회로로 전달되는 전력 공급 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120))의 출력 전압에 대한 과도 응답을 나타내는 그래프이다. 상기 전압들은 도 4a에서 도시된 전류와 상응한다. 도 4b에서, 밀리볼트(mV)단위의 전압이 y축에 표시되고, 마이크로 초(㎲) 단위의 시간이 x축에 표시된다.
도 4b는 50 ㎲ 에서 전력 공급 회로의 소프트-스타트 초기화에 응답하여, 공정 기술A에서의 전력 공급 회로에 대하여 약 100mV 크기의 전압 오버슈트(overshoot) 및 공정 기술 B에서의 전력 공급 회로에 대하여 약 200mV 크기의 전압 오버슈트를 (목표치는 대략 파선으로 가정하여) 나타낸다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 소프트-스타트 프로세스시 전압은 수 밀리 초동안 계속 변동한다. 일부 실시예들에서, 도 4b에서 도시된 바와 같이 상대적으로 높은 전압에서 상대적으로 낮은 전압으로의 갑작스런 변화는 부하 회로 내부에 있는 UVLO(under-voltage lock-out) 회로의 작동을 잘못 트리거 할 수 있다.
도 5a는 히스테리시스 제어 회로를 갖춘 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 부하 회로로 전달되는 전력 공급 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120))의 출력 전압에 대한 과도 응답을 나타내는 도면이다. 도 5a에서, 전압은 밀리볼트(mV) 단위로 y축에 표시되고, 시간은 마이크로 초(㎲) 단위로 x축에 표시된다. 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 약 251㎲에서 초기화된다. 도 5a는 전력 공급 회로의 소프트-스타트의 초기화에 응답하는 전압 오버슈트가 거의 없는 것을 (목표치는 대략 파선으로 가정하여) 나타낸다.
도 5b는 히스테리시스 제어 회로를 갖춘 전력 공급 회로(예를 들면, 도 1에서 도시된 전력 공급 회로(120))의 소프트-스타트 동안 전원(예를 들면, 도 1에서 도시된 전원(150))으로부터 나오는 전류의 과도 응답을 나타내는 도면이다. 상기 전류는 도 5a에 나타난 전압과 상응한다. 도 5b에서, 전류는 암페어(A) 단위로 y축에 표시되고, 시간은 마이크로 초(㎲) 단위로 x축에 표시된다. 도 5b는 소프트-스타트 프로세스의 초기화에 응답하는 상대적으로 작은 전류 서지들(surges)을 (목표치는 대략 파선으로 가정하여) 나타낸다. 예를 들면, 초기 전류 서지는 도 4a에서 2A 또는 약 4A인 것과 비교할 때, 히스테리시스 제어 회로를 갖춘 전력 공급회로의 경우에는 도 5b에 도시된 바와 같이0.5A 미만이다.
하나의 일반적 측면에서, 전력 공급 회로는 전원과 연결되도록 구성되고 부하 회로에 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단을 포함할 수 있다. 전력 공급 회로는 전력단과 연결되고 기준 전압을 수신하도록 구성된 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 전력 공급 회로는 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 어느 하나를 수신하도록 구성되고 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 소프트-스타트 기준 전압을 생성하도록 구성된 소프트-스타트 회로를 포함할 수 있고, 전력 공급 회로의 소프트-스타트는 소프트-스타트 기준 전압을 기초로 하여 수행된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로는 히스테리틱 변환기로서 기능하도록 구성되고, 히스테리시스는 비교기와 관련된 히스테리틱 전압 범위를 기초로 하여 변경된다. 일부 실시예들에서는, 비교기의 히스테리시스가 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압에 응답하여 변경된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로는 출력 전압 범위 내에서 전력 공급을 공급하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 비교기의 히스테리시스는 제1 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압에 응답하여 변경된다. 피드백 전압이 제2 문턱 전압 아래로 떨어질 때 전원으로부터 부하 회로로 전력을 제공하도록 구현되고 피드백 전압이 제3 문턱 전압을 초과할 때 부하회로로 전달되는 전력을 중단하도록 구현된 히스테리틱 변환기가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교기의 히스테리시스는 전력 공급 회로의 일반 동작시 비교기의 히스테리틱 전압 범위의 전압 한계들 보다 낮은 전압에서 문턱 전압을 초과하는 피드백 전압에 응답하여 변경된다.
다른 일반적 측면에서, 전력 공급 회로는 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 트리거하도록 구성된 기준 전압 회로 및 기준 전압 회로와 연결된 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 전력 공급 회로는 전력 공급회로의 소프트-스타트 동안 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 히스테리시스 제어 회로는 전력 공급 회로의 기준 전압을 입력 수신하도록 구성되고, 히스테리시스 제어 회로는 기준 전압에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구현된다. 일부 실시예들에서, 히스테리시스는 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압에 의해 경계 지어진 출력 전압 범위 내에서 전력 공급 회로의 출력 전압을 제어하기 위해 전력 공급 회로를 트리거 하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 히스테리시스 제어 회로는 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 램프 업되는 기준 전압에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 낮은 수치에서 높은 수치로 변경하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 히스테리시스 제어 회로는 전력 공급 회로의 피드백 전압을 수신하도록 구성되고, 이스테리시스 제어 회로는 피드백 전압에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 히스테리시스 제어 회로는 비교기의 히스테리시스를 증가하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 회로는 전원과 연결되도록 구성되고 부하 회로에 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단을 포함할 수 있다. 히스테리시스 제어 회로는 기준 전압을 기초로 하여 비교기의 히스테리시스를 증가시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
또 다른 일반적 측면에서, 방법은 전력 공급 회로의 소프트-스타트 둥안 전력 공급 회로의 비교기에서 기준 전압을 수신하는 것 및 전력 공급 회로의 소프트-스타트에 응답하여 생성된 피드백 전압을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 피드백 전압 또는 기준 전압 중 적어도 하나에 응답하여 비교기의 히스테리시스를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 변경은 비교기의 히스테리시스와 관련된 히스테리틱 전압 범위를 증가시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 변경은 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 램프 업되는 기준 전압에 응답하여 비교기의 히스테리시스가 낮은 수치에서 높은 수치로 변경되는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 소프트-스타트 기준 전압은 단조롭게 증가하는 전압이다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 회로는 히스테리틱 전력 변환기로서 기능하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 전력 공급 회로의 소프트-스타트가 수행 완료된 이후에 비교기의 히스테리시스를 기초로 하여 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압에 의해 경계 지어진 출력 전압 범위 내에서 전력 공급 회로의 출력 전압을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 출력 전압 범위는 히스테리시스의 히스테리틱 전압 범위와 다를 수 있다.
여기에서 설명된 다양한 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있다. 방법들의 일부분들은, 예를 들면 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 특수한 목적의 로직(logic) 회로로 수행될 수 있고, 장치(예를 들면, 입력 전력 보호 디바이스, 전력 관리 디바이스)는 그 로직 회로의 내부에서 구현될 수 있다.
일부 구현들은 다양한 반도체 공정 및/또는 패키징(packaging) 기술들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들은, 예를 들어 규소(Si), 갈륨 비소(GaAs), 탄화규소(SiC) 및/또는 등과 같은 것들을 포함하는 그러나 이에 제한되지 않는 반도체 서브스트레이트들(substrates)과 관련된 반도체 공정 기술들의 다양한 형태를 이용하여 구현될 수 있다.
서술된 구현들의 특징들이 여기에 서술된 것과 같이 나타내었지만, 많은 수정들, 치환들, 변경들이 관련 분야의 당업자들로 하여금 일어 날 것이다. 따라서 첨부된 청구항들이 실시예들의 범위에 있는 그러한 모든 수정들 및 변경들을 포함하기 위한 의도로서 이해되어야 한다. 청구항들은 한정이 아니라 예시로서 주어졌을 뿐이고, 형태와 세부사항들에서 다양한 변경들이 만들어 질 수 있다. 여기에 설명된 장치 및/또는 방법들의 어떠한 일부분도 상호 배타적인 조합들을 제외한 어떠한 조합으로도 조합될 수 있다. 여기에 설명된 실시예들은 서술된 다른 실시예들의 기능들, 구성요소들 및/또는 특징들의 다양한 조합들 및/또는 하위조합(sub-combination)들을 포함할 수 있다.
12: 기준 전압
16: 출력 전압
17: 히스테리시스 제어 신호
18: 피드백 전압
120: 전력 공급 회로
124: 전력단
136: 부하 회로
140: 기준 전압 회로
142: 소프트-스타트 회로
150: 전원
160: 히스테리시스 제어 회로
170: 히스테리틱 비교기
180: 피드백 회로

Claims (25)

  1. 전원(power source)과 연결되도록 구성되고 부하 회로로 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단(power stage);
    상기 전력단과 연결되고 기준(reference) 전압을 수신하도록 구성된 비교기; 및
    상기 출력 전압에 기초한 피드백 전압을 수신하도록 구성되고, 전력 공급 회로의 소프트-스타트(soft-start) 동안 문턱 전압과 상기 피드백 전압의 비교에 응답하여 상기 비교기의 히스테리시스(hysteresis)를 오프-상태로부터 온-상태로 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 변경은, 상기 전력 공급 회로의 일반 동작 이전에 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안 구현되는 전력 공급 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    소프트-스타트 기준 전압을 생성하도록 구성된 소프트-스타트 회로를 더 포함하고,
    상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트는 상기 소프트-스타트 기준 전압을 기초로 하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 히스테리틱 변환기로 기능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히스테리시스는 상기 비교기와 연관된 히스테리틱 전압 범위를 기초로 하여 변하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비교기의 상기 히스테리시스는 상기 문턱 전압을 초과하는 상기 피드백 전압에 응답하여 변하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 출력 전압 범위 내에서 전력을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 문턱 전압은 제1 문턱 전압이고,
    상기 비교기의 상기 히스테리시스는 상기 제1 문턱 전압을 초과하는 상기 피드백 전압에 응답하여 변하고,
    상기 전력 공급 회로는 상기 피드백 전압이 제2 문턱 전압 아래로 떨어질 때 상기 전원으로부터 상기 부하 회로에 전력을 공급하고, 상기 피드백 전압이 제3 문턱 전압을 초과할 때 상기 부하 회로에 전력을 중단하도록 구성된 히스테리틱 변환기인 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비교기의 상기 히스테리시스는 상기 전력 공급 회로의 일반 동작시, 상기 비교기의 히스테리틱 전압 범위의 전압 한계들보다 낮은 전압에서 상기 문턱 전압을 초과하는 상기 피드백 전압에 응답하여 변하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  9. 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 트리거(trigger)하도록 구성된 기준 전압 회로;
    상기 기준 전압 회로와 연결된 비교기; 및
    피드백 전압을 수신하도록 구성되고, 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안 상기 비교기의 히스테리시스를 제1 시점의 오프-상태로부터 제2 시점의 온-상태로 변경하도록 구성된 히스테리시스 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 변경은, 상기 전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안 문턱 전압과 상기 피드백 전압의 비교에 응답하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 히스테리시스는 상위 문턱 전압과 하위 문턱 전압에 의해서 경계 지어진 출력 전압 범위 내에 상기 전력 공급 회로의 출력 전압을 제어하는 상기 전력 공급 회로를 트리거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 히스테리시스 제어 회로는 상기 비교기의 상기 히스테리시스를 증가시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  15. 제9항에 있어서,
    전원에 연결되고, 부하 회로에 출력 전압을 전달하도록 구성된 전력단(power stage)을 더 포함하는 전력 공급 회로.
  16. 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법으로서,
    전력 공급 회로의 소프트-스타트 동안, 상기 전력 공급 회로의 비교기에서 기준 전압을 수신하는 단계;
    제어 회로에서, 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트에 응답하여 생성된 피드백 전압을 수신하는 단계;
    상기 제어 회로에서, 상기 피드백 전압을 문턱 전압과 비교하는 단계; 및
    상기 비교하는 단계에 응답하여 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안, 상기 비교기의 히스테리시스를 오프-상태로부터 온-상태로 변경하는 단계
    를 포함하고,
    상기 비교기의 상기 히스테리시스는 상기 전력 공급 회로의 일반 동작 동안 상기 온-상태에 있는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변경은 상기 비교기의 상기 히스테리시스와 관련된 히스테리틱 전압 범위를 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 변경은 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안, 상기 기준 전압이 램프-업(ramp-up)되는 것에 응답하여 상기 비교기의 상기 히스테리시스를 변경하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 기준 전압은 단조롭게 증가하는 전압인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 히스테리틱 전력 변환기로 기능하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트가 수행된 후, 상기 비교기의 상기 히스테리시스를 기초로 한 상위 문턱 전압 및 하위 문턱 전압에 의해 경계 지어진 출력 전압의 범위 내에서 상기 전력 공급 회로의 출력 전압을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 출력 전압의 범위는 상기 히스테리시스의 히스테리틱 전압 범위와 상이한 것을 특징으로 하는, 전력 공급 회로의 소프트-스타트를 위한 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 히스테리시스 제어 회로는 상기 비교기의 상기 히스테리시스를 바이너리 방식(binary fashion)으로 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는, 상기 비교기의 상기 히스테리시스가 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안 오프-상태에 있는 동안, 동작 상태에 있는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  24. 제9항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 상위 전압 및 하위 전압에 의해서 경계 지어진 출력 전압 범위 내에 상기 전력 공급 회로의 출력 전압을 제어하도록 구성되고,
    상기 문턱 전압은 상기 출력 전압 범위 아래에 있는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
  25. 제9항에 있어서,
    상기 비교기의 상기 히스테리시스는 상기 전력 공급 회로의 상기 소프트-스타트 동안 램프-업(ramp-up)하는 상기 기준 전압에 응답하여 변경되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 회로.
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