KR102049357B1 - 단락 감지 회로, 단락 감지 방법 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치 - Google Patents

단락 감지 회로, 단락 감지 방법 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로 및 전력 공급 장치는 출력 전압에 연결되어 있는 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선의 양단 전압인 보조 전압을 이용한다. 상기 단락 감지 회로는, 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 보조 권선의 양단에 직렬 연결되어 있는 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항 간의 접점의 전압인 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교한 결과에 따르는 단락 감지 신호에 따라 단락 여부를 판단한다.

Description

단락 감지 회로, 단락 감지 방법 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치{SHORT SENSING CIRCUIT, SHORT SENSING METHOD AND POWER SUPPLY DEVICE COMPRISING THE SHORT SENSING CIRCUIT }
본 발명은 단락 감지 회로, 단락 감지 방법 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
전력 공급 장치의 출력단에 부하가 연결되어 있고, 부하의 단락이 발생할 수 있다. 부하가 단락되면, 전력 공급 장치의 오동작을 방지하기 위해 전력 공급 장치의 단락 보호 동작이 기동된다.
예를 들어, 부하인 LED 열(string)이 전력 공급 장치의 출력단에 연결되어 있고, LED 열이 단락되면, 전력 공급 장치는 LED 열의 단락을 감지하고 보호 동작을 기동시켜야 한다. 구체적으로 전력 공급 장치는 스위칭 동작을 정지시켜 전력 공급을 멈출 수 있다.
이와 같은 단락 보호 동작을 기동시키기 위해 부하의 단락을 감지할 필요가 있다.
본 발명의 실시 예를 통해, 부하의 단락을 감지할 수 있는 단락 감지 회로, 단락 감지 방법, 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로는 출력 전압에 따르는 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교하고, 비교 결과를 카운트한 결과를 바탕으로 단락 여부를 판단한다. 단락 감지 회로는 스타트업 기간이 종료된 후에 단락 여부에 따라 게이트 셧다운 신호를 생성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로는 전력 공급 장치에 연결된 부하의 단락을 감지한다. 상기 단락 감지 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력 전압에 따르는 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교한 결과에 따라 단락 감지 신호를 생성하는 출력 전압 감지부, 상기 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간을 카운트하고, 상기 스타트-업 기간이 종료하였는지 여부를 지시하는 스타트-업 신호를 생성하는 스타트-업 카운터, 및 상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 단락 감지 신호에 따라 게이트 셧다운 신호를 생성하는 게이트 셧다운부를 포함하고, 상기 스타트-업 기간의 종료 전에, 상기 스타트-업 신호는 상기 단락 감지 신호에 따른 상기 게이트 셧다운 신호 생성을 막는다.
상기 감지 전압은, 상기 출력 전압에 연결된 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선의 전압인 보조 전압이 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항에 의해 분배된 전압이다.
상기 출력 전압 감지부는, 상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 샘플/홀드부, 및 상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 단락 감지 신호를 생성하는 비교기를 포함한다.
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상기 게이트 셧다운부는, 상기 스타트-업 신호가 입력되는 인버터, 및 상기 인버터의 출력과 상기 단락 감지 신호를 논리 연산하여 상기 게이트 셧다운 신호를 생성하는 논리 게이트를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치에 연결된 부하의 단락을 감지하는 방법은, 상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 단락 감지 신호를 생성하는 단계, 상기 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간의 종료 전에, 상기 단락 감지 신호가 단락 회로 발생을 지시하는 것을 막는 단계, 및 상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 단락 감지 신호에 따라 단락 회로 발생 여부를 지시하는 게이트 셧다운 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 전력 공급 장치의 스위칭 동작은 인에이블 레벨의 게이트 셧다운 신호에 따라 정지된다.
상기 감지 전압은, 상기 출력 전압에 연결된 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선의 전압인 보조 전압이 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항에 의해 분배된 전압이다.
상기 샘플링 전압을 생성하는 단계는, 상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 입력 전압에 일단이 연결되어 있는 1차측 권선, 상기 1차측 권선의 타단에 연결되어 있는 전력 스위치, 출력 전압에 연결되어 있는 2차측 권선, 상기 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선, 상기 보조 권선의 양단에 직렬 연결되어 있는 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항, 및 스타트-업 기간 후에, 상기 제1 감지 저항과 상기 제2 감지 저항 간의 접점의 전압인 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교한 결과에 따르는 단락 감지 신호를 이용하여 단락 여부를 판단하고, 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간의 종료 여부를 결정하며, 게이트 셧다운 신호를 생성하는 는 단락 감지 회로를 포함하고, 상기 스타트-업 기간이 종료되기 전에, 상기 게이트 셧다운 신호가 단락 회로 발생 여부를 지시하는 것을 막고, 상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 게이트 셧다운 신호가 단락 회로 발생 여부를 지시한다.
상기 단락 감지 회로는, 상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 샘플/홀드부, 및 상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 단락 감지 신호를 생성하는 비교기를 포함한다.
상기 단락 감지 회로는, 상기 스타트-업 기간을 카운트하고, 상기 스타트-업 기간이 종료된 후 인에이블 레벨의 스타트-업 신호를 생성한다.
상기 단락 감지 회로는, 상기 스타트-업 신호가 입력되는 인버터, 및 상기 인버터의 출력과 상기 단락 감지 신호를 논리 연산하여 상기 게이트 셧다운 신호를 생성하는 논리 게이트를 포함한다.
삭제
상기 전력 공급 장치는, 상기 게이트 셧다운 신호에 따라 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 전압을 생성하는 스위치 제어 회로를 더 포함한다.
상기 전력 공급 장치는, 상기 전력 스위치에 흐르는 스위치 전류가 상기 스트타-업 기간 동안 소정 레벨에 도달하면 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 스위치 제어 회로를 더 포함한다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 전력 스위치의 턴 온 기간 동안 상기 스위치 전류에 따르는 전류 감지 전압이 상기 소정 레벨에 대응하는 특정 레벨의 전압에 도달할 때 상기 전력 스위치를 턴 오프 시킨다.
또는, 상기 전력 공급 장치는, 상기 입력 전압의 피크를 검출하고, 상기 검출된 피크에 반비례하는 온-타임을 설정하고, 상기 온-타임에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로를 더 포함한다.
상기 스타트-업 기간이 종료된 후, 상기 출력 전압은 소정 전압으로 상승하여 상기 감지 전압은 상기 기준 전압 보다 높다.
상기 단락 감지 회로에서, 상기 스타트-업 기간 동안, 전력 스위치에 흐르는 전류에 기초한 전류 감지 전압의 피크가 소정 레벨로 제어될 수 있다.
상기 단락 감지 방법에서, 상기 스타트-업 기간 종료 전에, 상기 전력 스위치를 제어하여 상기 전력 스위치에 흐르는 피크 전류를 소정 레벨로 제한할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 출력단의 단락을 감지할 수 있는 단락 감지 회로, 단락 감지 방법 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로가 적용된 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전압과 전류 감지 전압의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 3은 도 2에 도시된 입력 전압과 다른 입력 전압과 그에 따른 전류 감지 전압의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전압, 전류 감지 전압, 및 온-타임을 나타낸 파형도이다.
도 5는 도 4에 도시된 입력 전압과 다른 입력 전압, 그에 따른 전류 감지 전압, 및 온-타임을 나타낸 파형도이다.
도 6은 스타트-업 기간에서 단락 상태가 발생한 경우 입력 전압, 감지 전압,샘플링 전압, 및 게이트 셧다운 신호를 나타낸 파형도이다.
도 7은 스타트-업 기간이후에 단락 상태가 발생한 경우 입력 전압, 감지 전압, 샘플링 전압, 및 게이트 셧다운 신호를 나타낸 파형도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 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 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로 및 단락 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로가 적용된 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
전력 공급 장치(1)는 입력 전압(Vin)을 이용하여 부하에 전력을 공급한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치(1)는 플라이백 컨버터(flyback converter)로 구현되어 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전력 공급 장치(1)에 연결된 부하의 예로 LED 열(2)이 도시되어 있다. LED 열(2)은 직렬 연결된 복수의 LED 소자를 포함한다.
전력 공급 장치(1)는 입력 전압(Vin)을 이용해 LED열(2)에 전력을 공급한다. 출력 전압(VOUT)은 LED 열(2)에 공급되고, 정류 다이오드(D1)를 통과한 출력 전류(IOUT)가 LED 열(2) 및 출력 커패시터(COUT)에 공급된다. 출력 전류(IOUT)에 의해 출력 커패시터(COUT)가 충전되고, 출력 전압(VOUT)은 출력 커패시터(COUT)에 의해 유지된다.
스위치 제어 회로(Switch Control Circuit)(3)는 전류 감지 전압(VCS)에 따라 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압(VG)을 생성한다. 전류 감지 전압(VCS)은 전력 스위치(M)에 흐르는 전류(이하, 스위치 전류)(ids)에 따르는 전압이다.
저항(RS)은 전력 스위치(M)의 소스와 그라운드 사이에 연결되어 있고, 전력스위치(M)의 턴 온 기간 동안 흐르는 스위치 전류(Ids)에 의해 저항(RS)에 발생하는 전압이 전류 감지 전압(VCS)이다. 스위치 제어 회로(3)는 스타트-업(start-up) 기간 동안 전류 모드 방식 또는 전압 모드 방식으로 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어한다.
아울러, 스위치 제어 회로(3)는 게이트 셧다운 신호(GSD)를 입력받고, 단락 보호 동작을 기동시킨다. 예를 들어, 스위치 제어 회로(3)는 인에이블 레벨의 게이트 셧다운 신호(GSD)가 입력되면 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 게이트 전압(VG)을 생성한다.
1차측에 위치한 제1 권선(CO1)은 입력 전압(Vin)에 연결되어 있다. 제1 권선(CO1)과 그라운드 사이에 전력 스위치(M)가 연결되어 있다. 보조 권선(CO3)의 권선수(Na)와 제1 권선(CO1)의 권선수(Np) 사이의 권선비는 Na/Np를 'wn1'이라 한다. 보조 권선(CO3)과 제1 권선(CO1)은 권선비 wn1로 커플링 되어 있다.
2차측에 위치한 제2 권선(CO2)은 정류 다이오드(D1)를 통해 출력 커패시터(COUT)에 연결되어 있고, 제2 권선(CO2)의 권선수(Ns)와 보조 권선(CO3)의 권선수(Na) 사이의 권선비는 Na/Ns(wn2)이다. 보조 권선(CO3)과 제2 권선(CO2)은 권선비 wn2로 커플링 되어 있다.
입력 전압(Vin)은 제1 권선(CO1)의 일단에 공급되고, 제1 권선(CO1)의 타단은 전력 스위치(M1)의 드레인에 연결되어 있다. 전력 스위치(M1)의 온 기간 동안 입력 전압(Vin)에 따르는 기울기로 1차측 권선(CO1)에 흐르는 전류가 증가한다. 전력 스위치(M1)의 온 기간 동안 1차측 권선(CO1)에 에너지가 저장된다. 전력 스위치(M1)이 턴 오프되면, 정류 다이오드(D1)가 도통되어 2차측 권선(CO2)에 전류가 흐른다.
출력 커패시터(COUT)가 정류 다이오드(D1)을 통과한 전류에 의해 충전되고 출력 전압(VOUT)이 발생한다.
전력 스위치(M)가 온일 때 제1 권선(CO1)의 전압은 입력 전압(Vin)이 되고, 입력 전압(Vin)에 권선비 wn1을 곱한 음의 전압(-wn1*Vin)이 보조 권선(CO3)의 전압(이하, 보조 전압)(VA)으로 발생한다.
전력 스위치(M)가 오프일 때, 제2 권선(CO2)의 전압은 출력 전압(VOUT)이 된다. 보조 전압(VA)은 제2 권선(CO2)의 전압에 권선비 wn2를 곱한 양의 전압(wn2*VOUT)이 된다.
노드(N1)의 전압(이하, 감지 전압)(VS)은 보조 전압(VA)이 제1 감지저항(RVS1) 및 제2 감지저항(RVS2)에 의해 분배된 전압이다. LED 열(2)이 단락된 경우, 출력 전압(VOUT)은 영전압이 되므로, 전력 스위치(M)의 오프 기간 동안 보조 전압(VA)은 영전압이다. 따라서 감지 전압(VS) 역시 영전압이 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로(4)는 출력 전압 감지부(100), 스타트-업 카운터(start-up counter)(200), 및 게이트 셧다운부(300)를 포함한다.
도 1에서는 단락 감지 회로(4) 및 스위치 제어 회로(3)가 별개의 블록으로 도시되어 있으나, 하나의 집적 회로 칩으로 구현될 수 있다.
출력 전압 감지부(100)는 보조 전압(VA)에 대응하는 감지 전압(VS)을 입력받고, 전력 스위치(M)의 스위칭 주기마다 감지 전압(VS)을 샘플링한 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과를 출력한다.
출력 전압 감지부(100)는 샘플/홀드부(110) 및 비교기(120)를 포함한다.
샘플/홀드부(Sample/Hold Unit)(110)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주기 단위로 감지 전압(VS)을 샘플링하여 샘플링 전압(VSA)을 생성하고, 홀딩한다. 예를 들어, 샘플/홀드부(110)는 전력 스위치(M)의 오프 기간 동안 샘플링 전압(VSA)을 생성하고, 다음 전력 스위치(M)의 오프 기간 전까지 샘플링 전압(VSA)을 홀딩한다.
비교기(120)는 샘플링 전압(VSA)과 기준 전압(VREF)을 비교한 결과에 따라 단락 감지 신호(SS)를 생성한다. 예를 들어, 비교기(120)는 샘플링 전압(VSA)이 입력되는 반전단자(-) 및 기준 전압(VREF)이 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비반전단자(+)의 입력이 반전단자(-) 이상일 때 하이 레벨의 단락 감지 신호(SS)를 생성하며, 그 반대의 경우 로우 레벨의 단락 감지 신호(SS)를 생성한다.
스타트-업 카운터(200)는 스타트-업 기간을 카운트한다. 스타트-업 기간은 전력 공급 장치(1)의 동작 시작 시점부터 전력 공급 장치(1)의 출력 전압(VOUT)이 소정 레벨에 이르는 기간으로 정의될 수 있다. 스타트-업 카운터(200)는 스타트-업 기간의 카운트를 마치면, 스타트-업 기간의 종료를 지시하는 인에이블 레벨의 스타트업 신호(SU)를 생성한다. 예를 들어, 인에이블 레벨은 로우 레벨로서, 스타트업 신호(SU)는 전력 공급 장치(1)의 스타트업 기간 동안 하이 레벨이고, 스타트업 기간이 종료되면 로우 레벨일 수 있다.
게이트 셧다운부(300)는 스타트업 기간이 종료된 후에 단락 감지 신호(SS)에 따라 단락 보호 동작을 기동시키는 게이트 셧다운 신호(GSD)를 생성한다. 게이트 셧다운부(300)는 인버터(310) 및 AND 게이트(320)를 포함한다.
인버터(310)는 스타트업 신호(SU)를 반전시켜 출력한다. 스타트업 기간에 출력 전압(VOUT)은 영전압부터 상승하기 시작하므로, 스타트업 기간 중 전력 스위치(M)의 오프 기간에서 보조 전압(VA)이 영전압에 가까운 전압인 기간이 발생한다. 스타트업 기간 중 단락 상태가 아닌 경우에도 낮은 보조 전압(VA)에 의해 단락 보호 동작이 기동될 수 있으므로, 이를 방지해야 한다.
스타트업 기간 동안 단락 감지 신호(SS)에 의해 단락 보호 동작이 기동되는 것을 방지하기 위해, AND 게이트(320)는 스타트업 신호(SU)의 반전 레벨을 단락 감지 신호(SS)와 함께 논리 곱 연산한다.
AND 게이트(320)는 스타트업 신호(SU)의 반전 레벨과 단락 감지 신호(SS)를 논리 곱 연산하여 게이트 셧다운 신호(GSD)를 생성한다. AND 게이트(320)는 두 입력이 모두 하이 레벨일 때 단락 보호 동작을 기동시키는 인에이블 레벨(하이 레벨)의 게이트 셧다운 신호(GSD)를 생성한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 회로(3)가 전류 모드 방식으로 스타트-업 기간 동안의 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어하는 방식에 대해서 설명한다.
예를 들어, 스위치 제어 회로(3)는 스타트-업 기간 동안 전류 감지 전압(VCS)에 따라 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어한다. 구체적으로, 전력 스위치(M)의 턴 온 기간 중 상승하는 전류 감지 전압(VCS)이 특정 레벨에 도달하면, 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 게이트 전압(VG)을 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전압, 전류 감지 전압, 및 샘플링 전압의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 3은 도 2에 도시된 입력 전압과 다른 입력 전압과 그에 따른 전류 감지 전압 및 샘플링 전압을 나타낸 파형도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스타트-업 기간(ST1) 동안 전류 감지 전압(VCS)의 피크는 특정 레벨(LV1)로 제어된다. 도 2에 도시된 입력 전압(Vin1)의 피크보다 낮은 피크를 가지는 입력 전압(Vin2)이 도시된 도 3에서도, 스타트-업 기간(ST1) 동안 전류 감지 전압(VCS)의 피크는 특정 레벨(LV1)로 제어된다.
도 2 및 3에서, 전류 감지 전압(VCS)이 상승하는 기간은 전력 스위치(M)가 턴 온 된 기간이고, 드레인 전류(Ids)의 상승 기울기는 입력 전압(Vin)에 따른다. 따라서, 전류 감지 전압(VCS)은 입력 전압(Vin1, Vin2)에 따르는 기울기로 상승하는 파형을 가진다.
예를 들어, 입력 전압(Vin1, Vin2)의 피크에 가까울수록 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기가 증가한다. 구체적으로, 도 2에서, 시점 T1에 발생하는 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기가 시점 T2에 발생하는 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기보다 가파르고, 도 3에서, 시점 T11에 발생하는 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기가 시점 T12에 발생하는 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기보다 가파르다.
이와 같은 스위칭 제어 동작에 따라, 스타트-업 기간 동안 동일한(입력 전압에 관계없이) 에너지가 출력으로 전달된다. 그러면, 스타트-업 기간 내에 출력 전압(VOUT)은 특정 전압까지 상승한다.
특정 전압까지 상승한 출력 전압(VOUT)에 따르는 감지 전압(VS)은 기준 전압(VREF)보다 높은 값이 된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단락 상태가 발생하지 않은 정상 동작에서, 샘플링 전압(VSA)은 출력 전압(VOUT)의 증가에 따라 서서히 증가하고, 스타트-업 기간(ST1) 내인 시점 T3 및 시점 T13에 기준 전압(VREF)에 도달한다.
정상 동작 시에는 스타트-업 기간이 종료된 후에 전력 공급 장치(1)가 정상 기동 된다. 예를 들어, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 스타트-업 기간(ST1)이 종료된 후에, 드레인 전류(Ids)의 피크는 입력 전압(Vin1, Vin2)의 파형을 따르도록 제어되고, 전류 감지 전압(VCS)의 피크 역시 입력 전압(Vin1, Vin2)의 파형을 따른다.
이와 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 회로(3)는 스타트-업 기간 동안 전압 모드 방식에 따라 전력 스위치(11)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스위치 제어 회로(3)는 스타트-업 기간 동안 입력 전압(Vin)의 피크 전압을 검출하고, 검출된 피크 전압에 반비례하는 온-타임(Ton)을 설정하여 게이트 전압(VG)을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전압, 전류 감지 전압, 및 온-타임을 나타낸 파형도이다.
도 5는 도 4에 도시된 입력 전압과 다른 입력 전압, 그에 따른 전류 감지 전압, 및 온-타임을 나타낸 파형도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 입력 전압(Vin1)의 피크 전압(VP1)이 입력 전압(Vin2)의 피크 전압(VP2) 보다 높은 전압이므로, 온-타임(Ton1)은 온-타임(Ton2) 보다 짧은 시간으로 설정된다.
스타트-업 기간(ST1)에서 전력 스위치(M)의 온-타임 기간 동안, 드레인 전류(Ids)가 입력 전압(Vin1, Vin2)에 따르는 기울기로 상승하므로, 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기 역시 입력 전압(Vin1, Vin2)에 따른다. 즉, 입력 전압(Vin1, Vin2)의 피크에 가까울수록 전류 감지 전압(VCS)의 상승 기울기가 더 가파르다.
이와 같이, 스위치 제어 회로(3)가 전력 스위치(M)를 스위칭 동작시키면 스타트-업 기간 동안에 동일한(입력 전압에 관계없이) 에너지가 출력으로 전달된다. 그러면, 앞서 설명한 전류 모드 방식과 동일하게, 스타트-업 기간 내에 출력 전압(VOUT)은 특정 전압까지 상승한다. 특정 전압까지 상승한 출력 전압(VOUT)에 따르는 감지 전압(VS)은 기준 전압(VREF)보다 높은 값이 된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 단락 상태가 발생하지 않은 정상 동작에서, 샘플링 전압(VSA)은 출력 전압(VOUT)의 증가에 따라 서서히 증가하고, 스타트-업 기간(ST1) 내인 시점 T21 및 시점 T31에 기준 전압(VREF)에 도달한다.
정상 동작 시에는 스타트-업 기간이 종료된 후에 전력 공급 장치(1)가 정상 기동 된다. 예를 들어, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 스타트-업 기간(ST1)이 종료된 후에, 드레인 전류(Ids)의 피크는 입력 전압(Vin1, Vin2)의 파형을 따르도록 제어되고, 전류 감지 전압(VCS)의 피크 역시 입력 전압(Vin1, Vin2)의 파형을 따른다.
이하, 도 6 및 7을 참조하여 단락 상태가 발생한 경우의 본 발명의 실시 예의 동작을 설명한다. 도 6 및 7은 스타트-업 기간 동안 전류 모드 방식에 따라 전력 스위치의 스위칭 동작이 제어되는 경우를 나타낸 파형도이다.
도 6은 스타트-업 기간에서 단락 상태가 발생한 경우 입력 전압, 감지 전압,샘플링 전압, 및 게이트 셧다운 신호를 나타낸 파형도이다.
도 7은 스타트-업 기간이후에 단락 상태가 발생한 경우 입력 전압, 감지 전압, 샘플링 전압, 및 게이트 셧다운 신호를 나타낸 파형도이다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 시점 T40에 단락 상태가 발생한다. 그러면, 출력 전압(VOUT)이 발생하지 않기 때문에, 감지 전압(VS)이 발생하지 않고 샘플링 전압(VSA) 역시 발생하지 않는다. 그러면 시점 T40부터 비교기(120)는 하이 레벨의 단락 감지 신호(SS)를 AND 게이트(320)에 출력한다.
스사트-업 기간(ST1) 동안, 전력 스위치(M)에 흐르는 드레인 전류(Ids)의 피크가 일정한 레벨로 제어된다. 즉, 전류 감지 전압(VCS)의 피크가 특정 레벨(LV1)에 도달할 때, 전력 스위치(M)가 턴 오프 된다.
스타트-업 기간(ST1)이 종료하는 시점 T41에 스타트업 신호(SU)가 로우 레벨로 하강하고, 반전된 하이 레벨이 AND 게이트(320)에 입력된다. 시점 T41에 AND 게이트(320)의 모든 입력이 하이 레벨이므로, AND 게이트(320)는 게이트 셧다운 신호(GSD)를 하이 레벨로 상승시킨다.
본 발명의 실시 예에서는 게이트 셧다운 신호(GSD)의 인에이블 레벨(단락 상태의 감지로 스위칭 동작을 정지시키는 레벨)로 하이 레벨이 설정되었고, 이에 따라 AND 게이트가 사용된다. 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치 제어 회로(3)는 하이 레벨의 게이트 셧다운 신호(GSD)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 로우 레벨의 게이트 전압(VG)을 생성한다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 스타트-업 기간(ST1) 이후의 시점 T52에 단락 상태가 발생한다.
스타트-업 기간(ST1) 동안 전류 감지 전압(VCS)의 피크가 특정 레벨(LV1)에 도달할 때, 전력 스위치(M)는 턴 오프 된다. 스타트-업 기간(ST1) 동안 전력 스위치(M)의 스위칭 동작에 따라 출력 전압(VOUT)이 상승하고, 샘플링 전압(VSA) 역시 상승한다. 시점 T50에 샘플림 전압(VSA)은 기준 전압(VREF)에 도달한다.
스타트-업 기간(ST1)이 종료하는 시점 T51 이후에는, 전류 감지 전압(VSA)은 입력 전압(Vin4)에 따르는 파형으로 제어된다.
시점 T52에 단락 상태가 발생하면, 출력 전압(VOUT)이 발생하지 않으므로, 샘플링 전압(VSA) 역시 발생하지 않는다. 따라서 시점 T52에 비교기(120)의 출력은 하이 레벨로 상승하고, AND 게이트(320)의 모든 입력이 하이 레벨이므로, AND 게이트(320)는 게이트 셧다운 신호(GSD)를 하이 레벨로 상승시킨다.
스위치 제어 회로(3)는 하이 레벨의 게이트 셧다운 신호(GSD)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 로우 레벨의 게이트 전압(VG)을 생성한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전력 공급 장치(1), LED 열(2), 스위치 제어 회로(3)
단락 감지 회로(4), 제1 권선(CO1), 제2 권선(CO2)
보조 권선(CO3), 전력 스위치(M)
정류 다이오드(D1), 출력 커패시터(COUT)
출력 전압 감지부(100), 카운터(200), 게이트 셧다운부(300)
샘플/홀드부(110), 비교기(120)
인버터(310) 및 AND 게이트(320), 제1 감지 저항(RVS1)
제2 감지 저항(RVS2)

Claims (22)

  1. 전력 공급 장치에 연결된 부하의 단락을 감지하는 회로에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 출력 전압에 따르는 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교한 결과에 따라 단락 감지 신호를 생성하는 출력 전압 감지부,
    상기 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간을 카운트하고, 상기 스타트-업 기간이 종료하였는지 여부를 지시하는 스타트-업 신호를 생성하는 스타트-업 카운터, 및
    상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 단락 감지 신호에 따라 게이트 셧다운 신호를 생성하는 게이트 셧다운부를 포함하고,
    상기 스타트-업 기간의 종료 전에, 상기 스타트-업 신호는 상기 단락 감지 신호에 따른 상기 게이트 셧다운 신호 생성을 막는, 단락 감지 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지 전압은,
    상기 출력 전압에 연결된 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선의 전압인 보조 전압이 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항에 의해 분배된 전압인 단락 감지 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출력 전압 감지부는,
    상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 샘플/홀드부, 및
    상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 단락 감지 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 단락 감지 회로.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 셧다운부는,
    상기 스타트-업 신호가 입력되는 인버터, 및
    상기 인버터의 출력과 상기 단락 감지 신호를 논리 연산하여 상기 게이트 셧다운 신호를 생성하는 논리 게이트를 포함하는 단락 감지 회로.
  7. 전력 공급 장치에 연결된 부하의 단락을 감지하는 방법에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 출력 전압에 따르는 감지 전압을 샘플링하여 샘플링전압을 생성하는 단계;
    상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 단락 감지 신호를 생성하는 단계;
    상기 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간의 종료 전에, 상기 단락 감지 신호가 단락 회로 발생을 지시하는 것을 막는 단계; 및
    상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 단락 감지 신호에 따라 단락 회로 발생 여부를 지시하는 게이트 셧다운 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 공급 장치의 스위칭 동작은 인에이블 레벨의 게이트 셧다운 신호에 따라 정지되는 단락 감지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감지 전압은,
    상기 출력 전압에 연결된 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선의 전압인 보조 전압이 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항에 의해 분배된 전압인 단락 감지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 샘플링 전압을 생성하는 단계는,
    상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 단계를 포함하는 단락 감지 방법.
  10. 입력 전압에 일단이 연결되어 있는 1차측 권선,
    상기 1차측 권선의 타단에 연결되어 있는 전력 스위치,
    출력 전압에 연결되어 있는 2차측 권선,
    상기 2차측 권선과 소정의 권선비로 커플링 되어 있는 보조 권선,
    상기 보조 권선의 양단에 직렬 연결되어 있는 제1 감지 저항 및 제2 감지 저항, 및
    스타트-업 기간 후에, 상기 제1 감지 저항과 상기 제2 감지 저항 간의 접점의 전압인 감지 전압을 샘플링하여 소정의 기준 전압과 비교한 결과에 따르는 단락 감지 신호를 이용하여 단락 여부를 판단하고, 전력 공급 장치의 동작 시작 시점에 시작하는 스타트-업 기간의 종료 여부를 결정하며, 게이트 셧다운 신호를 생성하는 는 단락 감지 회로를 포함하고,
    상기 스타트-업 기간이 종료되기 전에, 상기 게이트 셧다운 신호가 단락 회로 발생 여부를 지시하는 것을 막고, 상기 스타트-업 기간이 종료된 후에, 상기 게이트 셧다운 신호가 단락 회로 발생 여부를 지시하는, 전력 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단락 감지 회로는,
    상기 감지 전압을 소정의 샘플링 주기 단위로 샘플링하여 샘플링 전압을 생성 및 홀딩하는 샘플/홀드부, 및
    상기 샘플링 전압과 소정의 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 단락 감지 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 전력 공급 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단락 감지 회로는,
    상기 스타트-업 기간을 카운트하고, 상기 스타트-업 기간이 종료된 후 인에이블 레벨의 스타트-업 신호를 생성하는 전력 공급 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단락 감지 회로는,
    상기 스타트-업 신호가 입력되는 인버터, 및
    상기 인버터의 출력과 상기 단락 감지 신호를 논리 연산하여 상기 게이트 셧다운 신호를 생성하는 논리 게이트를 포함하는 전력 공급 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 게이트 셧다운 신호에 따라 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 전압을 생성하는 스위치 제어 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 전력 스위치에 흐르는 스위치 전류가 상기 스타트-업 기간 동안 소정 레벨에 도달하면 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 스위치 제어 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스타트-업 기간이 종료된 후, 상기 출력 전압은 소정 전압으로 상승하여 상기 감지 전압은 상기 기준 전압 보다 높은 전력 공급 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 전력 스위치의 턴 온 기간 동안 상기 스위치 전류에 따르는 전류 감지 전압이 상기 소정 레벨에 대응하는 특정 레벨의 전압에 도달할 때 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 전력 공급 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 입력 전압의 피크를 검출하고, 상기 검출된 피크에 반비례하는 온-타임을 설정하고, 상기 온-타임에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 스타트-업 기간이 종료된 후, 상기 출력 전압은 소정 전압으로 상승하여 상기 감지 전압은 상기 기준 전압 보다 높은 전력 공급 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 스타트-업 기간 동안, 전력 스위치에 흐르는 전류에 기초한 전류 감지 전압의 피크가 소정 레벨로 제어되는 것을 특징으로 하는 단락 감지 회로.
  22. 제7항에 있어서,
    상기 스타트-업 기간 종료 전에, 전력 스위치를 제어하여 상기 전력 스위치에 흐르는 피크 전류를 소정 레벨로 제한하는 것을 특징으로 하는 단락 감지 방법.
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