KR101982493B1 - 스위치 모드 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치는 교류 전원을 정류하여 생성되는 입력 전원을 스위칭 트랜지스터에 의해 스위칭하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 출력 전원을 생성하는 전원 공급 회로; 및 상기 스위칭 트랜지스터를 각각 충전 및 방전하는 충전 전류 및 방전 전류를 생성하는 충방전부 및 상기 출력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 충전 또는 방전 여부를 결정하는 충방전 제어부; 를 구비하는 스위칭 제어 회로; 를 포함하고, 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량 각각은 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 단계적으로 가변되는 스위치 모드 전원 공급 장치을 제안한다.

Description

스위치 모드 전원 공급 장치{Switching Mode Power Supply}
본 발명은 입력 전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터의 충방전 전류를 단계적으로 가변할 수 있는 스위치 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다.
현재 통신용과 산업용 및 PC, OA기기, 가전기기 등의 민수용 전기 제품들에 직류 전압을 공급하기 위해 스위치 모드 전원 공급장치(Switch Mode Power Supply : SMPS)가 널리 사용되고 있다.
스위치 모드 전원 공급장치는 교류 전원을 정류 및 평활하여 트랜스포머의 1차측으로 인가하고, 1차측으로 인가되는 전원을 스위칭 트랜지스터의 스위칭 동작에 의해 1차측과 사전에 설정되는 권선비를 갖는 2차측 권선으로 유기한 후, 2차측에 유기된 전원을 정류 및 평활하여 직류 전원을 얻는 장치이다. 스위칭 트랜지스터의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로써 효율이 높고, 내구성이 강하며, 소형, 경량화에 유리한 측면이 있다.
다만, 스위치 모드 전원 공급 장치는 스위칭 트랜지스터의 오프 동작에서 온 동작으로 전환되는 턴 온 시구간 및 오프 동작에서 온 동작으로 전환되는 턴 오프 시구간에서 스위칭 손실이 발생하게 된다.
트랜스포머의 1차측으로 인가되는 전원의 전압 레벨이 낮은 경우에는 스위칭 손실이 낮으며, EMI 특성과의 트레이드 오프(trade-off)와의 관계를 고려하여 트랜지스터의 턴 온 및 턴 오프 시구간을 줄일 필요가 없으나, 트랜스포머의 1차측으로 인가되는 전원의 전압 레벨이 높은 경우에는 스위칭 손실이 커지게 되므로 이를 줄일 필요가 있다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 SMPS의 기동전류 제어회로 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 기동전류의 변동폭을 최소화하고 기동 후의 기동전류를 최소화하여 전력 손실을 줄이고자 하는 내용이 개시되어 있으나, 1차측 트랜스포머로 인가되는 전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터를 충전 및 방전하는 전류량을 단계적으로 가변하는 내용은 개시하고 있지 못하다.
한국 등록특허공보 10-0758257
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 입력전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터를 충전 및 방전하는 전류량을 단계적으로 가변할 수 있는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 교류 전원을 정류하여 생성되는 입력 전원을 스위칭 트랜지스터에 의해 스위칭하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 출력 전원을 생성하는 전원 공급 회로; 및 상기 스위칭 트랜지스터를 각각 충전 및 방전하는 충전 전류 및 방전 전류를 생성하는 충방전부 및 상기 출력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 충전 또는 방전 여부를 결정하는 충방전 제어부를 구비하는 스위칭 제어 회로; 를 포함하고, 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량 각각은 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 단계적으로 가변되는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량 각각은 상기 입력 전원의 전압 레벨이 상승함에 따라 단계적으로 증가하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 충방전부는, 사전에 설정되는 기준전압의 전압 레벨 및 사전에 설정되는 레지스턴스에 따라 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 전류 생성부; 및 상기 입력 전원의 전압 레벨과 사전에 설정되는 적어도 하나의 비교전압의 전압 레벨간의 비교 결과에 따라 상기 레지스턴스를 가변하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량을 조절하는 전류량 조절부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 전류 생성부는, 상기 레지스턴스를 갖는 복수의 직렬 저항을 구비하는 저항 어레이; 상기 저항 어레이에 상기 기준 전압을 제공하는 기준 전압 제공부; 및 상기 기준 전압 및 상기 레지스턴스에 의해 생성되는 전류를 미러링하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 미러링부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 전류량 조절부는, 상기 복수의 직렬 저항 중 적어도 하나에 바이패스 경로를 제공하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량을 조절하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 전류량 조절부는, 상기 복수의 직렬 저항 중 적어도 하나에 병렬 연결되는 적어도 하나의 스위치 소자를 구비하는 스위치 어레이; 및 상기 입력 전원의 전압 레벨과 상기 적어도 하나의 비교전압의 비교 결과에 따라 상기 적어도 하나의 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어하는 적어도 하나의 비교기를 구비하는 비교부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 충방전부는, 사전에 설정되는 기준 전류를 복수 회 복제하여 출력하는 전류 복제부; 및 상기 입력 전원의 전압 레벨 및 사전에 설정된 적어도 하나의 비교전압의 전압 레벨간의 비교결과에 따라 상기 전류 복제부로부터 출력되는 복수의 전류를 선택적으로 합성하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 전류 생성부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 각각 전달 또는 차단하는 충전 스위치 및 방전 스위치를 구비하는 충방전 스위치부; 및 상기 출력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 충방전 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 충방전 스위치 제어부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 충방전 스위치 제어부는, 상기 출력 전원의 전압 레벨 및 사전에 설정된 삼각파의 전압 레벨간의 비교결과에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 듀티를 설정하여 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 온/오프 동작을 달리 제어하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 제안한다.
본 발명에 따르면, 입력 전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터를 충전 및 방전하는 전류량을 단계적으로 가변하여, 스위칭 트랜지스터의 턴 온 및 턴 오프 시구간을 줄임으로써 스위칭 트랜지스터의 스위칭 손실을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전부의 제1 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 3는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전부의 제2 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전 제어부의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치(100)를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치(100)는 전원 공급 회로(110) 및 스위칭 제어 회로(120)를 포함할 수 있다.
전원 공급 회로는 정류부(111), 제1 커패시터(C1), 트랜스 포머(112), 스위칭 트랜지스터(ST), 제1 다이오드(D1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
정류부(111) 및 제1 커패시터(C1)는 교류 전원(AC)로부터 출력되는 전원을 정류 및 평활하여 입력 전원(Vin)을 생성한다. 입력 전원은 트랜스포머(112)의 1차측 권선으로 인가되어 스위칭 트랜지스터(ST)가 온 동작하는 동안 1차측 권선에 전원을 충전하고, 스위칭 트랜지스터(ST)가 오프 동작하는 동안 2차측 권선으로 유기된다. 트랜스포머(112)의 2차측 권선으로 유기되는 전원은 제1 다이오드(D1) 및 제2 커패시터(C2)에 의해 정류 및 평활되어, 출력 전원(Vout)이 생성된다. 생성된 출력 전원(Vout)는 출력단(OUT)에 병렬로 연결되는 부하에 공급될 수 있다.
도 1에서 스위칭 트랜지스터(ST)는 N채널 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor)로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, P채널 전계 효과 트랜지스터뿐만 아니라 이종 접합 트랜지스터(Bipolar junction transistor) 또한 포함할 수 있다.
스위칭 제어 회로(120)는 스위칭 트랜지스터(ST)를 각각 충전 및 방전하는 충전 전류 및 방전 전류를 생성하는 충방전부와 출력 전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)의 충전 또는 방전 여부를 결정하는 충방전 제어부를 포함할 수 있다. 이 때, 충전 전류 및 방전 전류의 전류량 각각은 입력 전원의 전압 레벨에 따라 단계적으로 가변될 수 있다. 구체적으로는 충전 전류 및 방전 전류의 전류량 각각은 입력 전원의 전압 레벨이 상승함에 따라 단계적으로 증가할 수 있다.
즉, 본 발명은 입력 전원의 전압 레벨이 상승함에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)를 충전 및 방전하는 충전 전류 및 방전 전류의 전류량을 단계적으로 증가함으로써, 스위칭 트랜지스터(ST)의 턴 온 시구간 및 턴 오프 시구간을 줄이게 되고, 이로써 스위칭 손실을 낮출 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 스위칭 제어 회로(120)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전부(200)의 제1 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 충방전부(200)는 충전 전류(Ic)와 방전 전류(Id)를 생성하는 전류 생성부(210) 및 충전 전류(Ic)와 방전 전류(Id)의 전류량을 조절하는 전류량 조절부(220)를 포함할 수 있다.
전류 생성부(210)는 사전에 설정되는 레지스턴스를 갖는 복수의 직렬 저항(R1, R2, R3)을 구비하는 저항 어레이(211)와, 저항 어레이(211)에 기준 전압(Vref)을 제공하는 기준 전압 제공부(212) 및 상기 기준 전압(Vref)과 상기 레지스턴스에 의해 생성되는 전류(Ir)를 미러링하여 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)를 생성하는 미러링부(213)를 포함할 수 있다. 도 2에서 저항 어레이(211)가 구비하는 복수의 직렬 저항 (R1, R2, R3)은 세 개의 저항 소자로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위하여 개략적으로 도시된 것에 불과하여 저항 어레이(211)는 복수의 저항 소자를 포함하는 것이 가능하다.
기준 전압 제공부(212)의 일 예로써, 기준 전압(Vref)이 입력되는 비반전단 및 저항 어레이(211)와 연결되는 반전단 및 출력단을 구비하는 연산 증폭기(OPA)를 포함하는 것이 가능하며, 연산증폭기(OPA)는 출력단 및 반전단을 통하여 기준 전압(Vref)을 저항 어레이(211)에 제공할 수 있다.
저항 어레이(211)의 레지스턴스 및 기준 전압(Vref)에 의해서 저항 어레이(211)에는 전류(Ir)가 흐르는데, 저항 어레이(211)에 흐르는 전류(Ir)는 미러링부(210)에 구비되는 P채널 트랜지스터(P1, P2, P3) 및 N채널 트랜지스터(N1, N2)에 의해 미러링되어 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)가 생성될 수 있다.
이 때, 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)의 전류량은 전류량 조절부(220)에 의해 저항 어레이(211)의 레지스턴스가 가변됨으로써 변경될 수 있다. 구체적으로는 전류량 조절부(220)는 복수의 직렬 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나에 바이패스 경로를 제공하여 전류량을 조절하는데, 전류량 조절부(220)는 복수의 직렬 저항 중 적어도 하나에 병렬 연결되는 적어도 하나의 스위치 소자(SW1, SW2)를 포함하는 스위치 어레이(221) 및 입력 전원(Vin)의 전압 레벨과 적어도 하나의 비교전압(Vc1, Vc2)의 비교결과에 따라 스위치 소자(SW1, SW2)의 스위칭 동작을 제어하는 적어도 하나의 비교기(Com1, Com2)를 구비하는 비교부(222)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 비교기(Com1)는 분압된 입력 전원의 전압 레벨을 입력되는 비반전단으로 인가받으며, 제1 비교전압(Vc1)을 반전단으로 인가받아 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제2 비교기(Com2)는 분압된 입력 전원의 전압 레벨을 입력되는 비반전단으로 인가받으며, 제2 비교전압(Vc2)을 반전단으로 인가받아 제2 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제2 비교 전압(Vc2)이 제1 비교 전압(Vc1)의 전압 레벨보다 더 높게 설정된 것으로 가정하여 충방전부(200)의 동작을 설명하면, 분압된 입력전원(Vin)의 전압 레벨이 제1, 2 비교 전압(Vc1, Vc2)의 전압 레벨 보다 낮은 경우에는, 제1, 2 스위치(SW1, SW2)는 모두 오프 동작하여 저항 어레이(211)에 흐르는 전류(Ir)는 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)에 의해 생성되고, 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)는 전류 Ir을 미러링하여 생성되게 된다.
분압된 입력전원(Vin)의 전압 레벨이 제1 비교 전압(Vc1)의 전압 레벨 보다 높고 제2 비교 전압(Vc2)의 전압 레벨 보다 낮은 경우, 제1 스위치(SW1)가 온 동작하므로 충방전 전류(Ic, Id)는 기준 전압(Vref) 및 제2 저항 및 제3 저항(R2, R3)의 레지스턴스에 의해 생성된다. 마친가지로 분압된 입력 전원(Vin)의 전압 레벨이 제1, 2 비교 전압(Vc1, Vc2)의 전압 레벨 보다 높은 경우에는 제1, 2 스위치(SW1, SW2)가 모두 온 동작하므로 충방전 전류(Ic, Id)는 기준 전압(Vref) 및 제3 저항(R3)의 레지스턴스에 의해 생성되게 된다.
즉, 입력 전원(Vin)의 전압 레벨이 상승됨에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)를 충전 및 방전하는 충방전 전류(Ic, Id)의 전류량을 증가하여 턴 온 시구간 및 턴 오프 시구간을 줄이는 것이 가능하다.
도 3는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전부(300)의 제2 실시예를 나타낸 회로도이다.
충방전부(300)는 사전에 설정되는 기준 전류(Iref)를 복수 회 복제하여 출력하는 전류 복제부(310) 및 전류 복제부(310)에서 출력되는 복수의 전류를 선택적으로 합성하여 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)를 생성하는 전류 생성부(320)을 포함할 수 있다.
전류 복제부(310)는 연산 증폭기(OPA)에 의해 제공되는 기준 전압(Vref) 및 저항 소자(R)에 의해 기준 전류(Iref)를 생성하고 이를 복수의 트랜지스터(P1-P5, N1-N4)에서 미러링함으로써, 기준 전류(Iref)를 복수 회 복제할 수 있다.
전류 생성부(320)는 전류 복제부(310)으로부터 출력되는 복수의 전류를 입력 전원(Vin)의 전압 레벨 및 사전에 설정된 적어도 하나의 비교전압(Vc1, Vc2)의 비교결과에 따라 선택적으로 합성하여 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)를 생성할 수 있다. 일 예로써, 전류 생성부(310)는 분압된 입력 전원의 전압 레벨과 사전에 설정되는 제1, 2 비교 전압(Vc1, Vc2)를 각각 비교하는 제1, 2 비교기(Com1, Com2) 및 제1, 2 비교기의 비교 결과에 따라 스위칭 동작하여 전류 복제부(310)에서 출력되는 복수의 전류를 선택적으로 합성하는 4개의 스위치(SW1*2, SW2*2)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 비교 전압(Vc2)이 제1 비교 전압(Vc1)의 전압 레벨보다 더 높게 설정된 것으로 가정하여 충방전부(300)의 동작을 설명하면, 분압된 입력전원(Vin)의 전압 레벨이 제1, 2 비교 전압(Vc1, Vc2)의 전압 레벨 보다 낮은 경우에는, 제1, 2 스위치(SW1, SW2)는 모두 오프 동작하여 P3 트랜지스터에 흐르는 전류 및 N2 트랜지스터에 흐르는 전류가 각각 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)가 된다.
분압된 입력전원(Vin)의 전압 레벨이 제1 비교 전압(Vc1)의 전압 레벨 보다 높고 제2 비교 전압(Vc2)의 전압 레벨 보다 낮은 경우, 제1 스위치(SW1)가 온 동작하므로 충전 전류(Ic)는 P3 및 P5 트랜지스터에 흐르는 전류의 합에 의해서 생성되고, 방전 전류(Id)는 N2 및 N4 트랜지스터에 흐르는 전류의 합에 의해서 생성된다.
마친가지로 분압된 입력 전원(Vin)의 전압 레벨이 제1, 2 비교 전압(Vc1, Vc2)의 전압 레벨 보다 높은 경우에는 제1, 2 스위치(SW1, SW2)가 모두 온 동작하므로 충방전 전류(Ic, Id)는 각각 P3, P4, P5 에 흐르는 전류의 합 및 N2, N3, N4에 흐르는 전류의 합에 의해서 생성된다.
도 4는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 일 구성요소인 충방전 제어부(400)의 일 실시예를 나타낸 회로도이다. 도 4에 도시된 충전 전류원(Ic) 및 방전 전류원(Id)는 도2 및 도3에서 도시한 충방전부에서 생성되는 충전 전류 및 방전 전류를 등가적으로 표현한 것이다.
충방전 제어부(400)는 출력 전원의 전압 레벨에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)의 충전 또는 방전 여부를 결정하게 되는데, 충방전 제어부(400)는 충전 스위치(S1) 및 방전 스위치(S2)를 구비하는 충방전 스위치부(410) 및 충방전 스위치부(410)의 스위칭 동작을 제어하는 충방전 스위치 제어부(420)를 포함할 수 있다.
충전 스위치(S1)는 스위칭 트랜지스터(ST)의 게이트와 충전 전류원(Ic) 사이에 구비되고, 방전 스위치(S2)는 스위칭 트랜지스터(ST)의 게이트와 방전 전류원(Id) 사이에 구비된다. 충전 스위치(S1)가 온 동작하는 경우, 충전 전류원(Ic)에서 생성되는 전류는 스위칭 트랜지스터(ST)에 공급되어 스위칭 트랜지스터(ST)는 온 동작하게 되고, 방전 스위치(S2)가 온 동작하는 경우, 방전 전류원(Id)에서 생성되는 전류에 의해 스위칭 트랜지스터(ST)는 오프 동작하게 된다.
충방전 스위치 제어부(420)는 비교기(421), 듀티 설정부(422) 및 스위칭 신호 생성부(423)를 포함할 수 있다.
비교기(421)는 출력 전원(Vout)의 분압된 전압레벨과 사전에 설정되는 삼각파의 전압 레벨을 비교한다. 듀티 설정부(422)는 비교기(421)의 비교 결과에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)의 스위칭 듀티를 설정하는 듀티 신호를 생성한다. 비교기(421)로부터의 비교 결과에 따라 출력 전원(Vout)의 전압 레벨이 높다고 판단되는 경우 스위칭 트랜지스터(ST)의 듀티비를 감소시키는 듀티 신호를 생성하며, 출력 전원(Vout)의 전압 레벨이 낮다고 판단되는 경우 스위칭 트랜지스터(ST)의 듀티비를 증가시키는 듀티 신호를 생성한다.
스위칭 신호 생성부(423)는 듀티 설정부(422)로부터의 듀티 신호에 따라 충전 스위치(S1) 및 방전 스위치(S2)의 스위칭을 제어하는 스위칭 신호를 생성한다. 스위칭 신호 생성부(423)는 충전 스위치(S1) 및 방전 스위치(S2)를 온/오프 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 스위치 모드 전원 공급 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5(a)는 입력 전원(Vin)에 나타낸 그래프이고, 도 5(b)는 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)에 나타낸 그래프이고, 도 5(c) 스위칭 트랜지스터(ST)의 양 단의 전압(VST)을 나타낸 그래프이다.
도 5(a)를 참조하면, 시간이 지남에 따라 입력 전원(Vin)의 전압 레벨이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 도 5(b)를 참조하면, 입력 전원(Vin)의 전압 레벨이 상승함에 따라 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)의 전류량 또한 단계적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 구체적으로 입력 전원(Vin)의 전압 레벨 상승하여, 제1 비교전압(Vc1) 및 제2 비교전압(Vc2)의 전압 레벨 이상이 되는 경우에 충전 전류(IC) 및 방전 전류(Id)의 전류량은 단계적으로 증가하게 된다.
도 5(c)를 참조하면, 충전 전류(Ic) 및 방전 전류(Id)가 단계적으로 증가함에 따라 스위칭 트랜지스터(ST)의 턴 온 시구간 및 턴 오프 시구간이 줄어드는 것을 알 수 있다. 이로써, 스위칭 트랜지스터(ST)의 스위칭 손실이 감소할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 전원 공급 회로 120 : 스위칭 제어 회로
200, 300 : 충방전부 210 : 전류 생성부
211 : 저항 어레이 212 : 기준 전압 제공부
213 : 미러링부 220 : 전류량 조절부
221 : 스위치 어레이 222 : 비교부
220 : 전류량 조절부 310 : 전류 복제부
320 : 전류 생성부 400 : 충방전 제어부
410 : 충방전 스위치부 420 : 충방전 스위치 제어부
421 : 비교기 422 : 듀티 설정부
423 : 스위칭 신호 생성부

Claims (9)

  1. 교류 전원을 정류하여 생성되는 입력 전원을 스위칭 트랜지스터에 의해 스위칭하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 출력 전원을 생성하는 전원 공급 회로; 및
    상기 스위칭 트랜지스터를 각각 충전 및 방전하는 충전 전류 및 방전 전류를 생성하는 충방전부 및 상기 출력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 충전 또는 방전 여부를 결정하는 충방전 제어부를 구비하는 스위칭 제어 회로; 를 포함하고,
    상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량 각각은 상기 입력 전원의 전압 레벨이 상승함에 따라 단계적으로 증가함으로써, 상기 스위칭 트랜지스터의 턴 온 시구간 및 턴 오프 시구간을 줄이는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 충방전부는,
    사전에 설정되는 기준전압의 전압 레벨 및 사전에 설정되는 레지스턴스에 따라 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 전류 생성부; 및
    상기 입력 전원의 전압 레벨과 사전에 설정되는 적어도 하나의 비교전압의 전압 레벨간의 비교 결과에 따라 상기 레지스턴스를 가변하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량을 조절하는 전류량 조절부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 생성부는,
    상기 레지스턴스를 갖는 복수의 직렬 저항을 구비하는 저항 어레이;
    상기 저항 어레이에 상기 기준 전압을 제공하는 기준 전압 제공부; 및
    상기 기준 전압 및 상기 레지스턴스에 의해 생성되는 전류를 미러링하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 미러링부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류량 조절부는,
    상기 복수의 직렬 저항 중 적어도 하나에 바이패스 경로를 제공하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 전류량을 조절하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전류량 조절부는,
    상기 복수의 직렬 저항 중 적어도 하나에 병렬 연결되는 적어도 하나의 스위치 소자를 구비하는 스위치 어레이; 및
    상기 입력 전원의 전압 레벨과 상기 적어도 하나의 비교전압의 비교 결과에 따라 상기 적어도 하나의 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어하는 적어도 하나의 비교기를 구비하는 비교부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충방전부는,
    사전에 설정되는 기준 전류를 복수 회 복제하여 출력하는 전류 복제부; 및
    상기 입력 전원의 전압 레벨 및 사전에 설정된 적어도 하나의 비교전압의 전압 레벨간의 비교결과에 따라 상기 전류 복제부로부터 출력되는 복수의 전류를 선택적으로 합성하여 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 생성하는 전류 생성부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충방전 제어부는,
    상기 충전 전류 및 상기 방전 전류를 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트에 각각 전달 또는 차단하는 충전 스위치 및 방전 스위치를 구비하는 충방전 스위치부; 및
    상기 출력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 충방전 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 충방전 스위치 제어부; 를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 충방전 스위치 제어부는,
    상기 출력 전원의 전압 레벨 및 사전에 설정된 삼각파의 전압 레벨간의 비교결과에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 듀티를 설정하여 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 온/오프 동작을 달리 제어하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120243277A1 (en) * 2008-09-15 2012-09-27 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to reduce line current harmonics from a power supply
JP2012249357A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Fuji Electric Co Ltd 電圧制御型スイッチング素子のゲート駆動回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100758257B1 (ko) 2007-07-02 2007-09-12 (주)위즈덤 세미컨덕터 Ｓｍｐｓ의 기동전류 제어회로 및 이의 제어방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120243277A1 (en) * 2008-09-15 2012-09-27 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to reduce line current harmonics from a power supply
JP2012249357A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Fuji Electric Co Ltd 電圧制御型スイッチング素子のゲート駆動回路

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