KR102187845B1 - 스위치 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

스위칭 장치 및 그 구동 방법이 제공된다. 상기 스위칭 장치는 인덕티브 소자(inductive element)를 흐르는 전류를 제어하는 스위치; 상기 스위치와 연결된 모니터링 노드(monitoring node); 및 상기 모니터링 노드와 레퍼런스 전압과 연결되고, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하되, 상기 신호 제어 회로는 모니터링 전압을 기초로 생성된 제1 전압과, 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 적어도 하나를 기초로 생성된 제2 전압이 서로 동일해질 때 상기 스위치를 턴오프하되, 상기 모니터링 전압은 상기 모니터링 노드의 전압이다.

Description

스위치 장치 및 그 구동 방법{Switching device and driving method thereof}
본 발명은 스위칭 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
종래의 전류 프로그램 제어(current programmed control)은 주로 스위칭 트랜지스터의 피크 전류(peak current)를 이용한다. 이러한 피크 전류 제어 방식은 빠른 과도 응답과 안정성을 갖지만, 인덕터의 스위칭 리플 전류는 전류 제어 루프(current control loop)의 정확도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 정확한 평균 전류를 감지하기 위해서 피크 전류 제어는 한계가 있고, 인덕터에 흐르는 전류 전부를 감지해야 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 전류 프로그램 제어의 정확도를 높이기 위한 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전류 프로그램 제어의 정확도를 높이기 위한 스위칭 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스위칭 장치의 일 면(aspect)은 인덕티브 소자(inductive element)를 흐르는 전류를 제어하는 스위치; 상기 스위치와 연결된 모니터링 노드(monitoring node); 및 상기 모니터링 노드와 레퍼런스 전압과 연결되고, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하되, 상기 신호 제어 회로는 모니터링 전압을 기초로 생성된 제1 전압과, 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 적어도 하나를 기초로 생성된 제2 전압이 서로 동일해질 때 상기 스위치를 턴오프하되, 상기 모니터링 전압은 상기 모니터링 노드의 전압이다.
상기 레퍼런스 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 상기 모니터링 전압의 레벨보다 크고, 상기 스위치가 턴오프될 때의 상기 모니터링 전압의 레벨보다 작을 수 있다.
상기 스위치와 연결된 모니터링 소자를 더 포함하고, 상기 모니터링 노드는 상기 스위치와 상기 모니터링 소자 사이의 노드일 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압, 상기 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 선택된 일부를 이용하여 생성하고, 상기 제2 전압은 상기 모니터링 전압, 상기 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 나머지를 이용하여 생성할 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압이고, 상기 제2 전압은 상기 레퍼런스 전압과 상기 샘플링 전압의 합이고, 상기 샘플링 전압은 상기 레퍼런스 전압의 레벨과, 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨의 차일 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압이고, 상기 제2 전압은 2배의 레퍼런스 전압에서 샘플링 전압을 마이너스한 전압이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨일 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압과 상기 샘플링 전압의 합이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨이고, 상기 제2 전압은 2배의 레퍼런스 전압일 수 있다.
상기 제1 전압은 2배의 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압의 차이고, 기 제2 전압은 샘플링 전압이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨일 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압의 차에, 상기 샘플링 전압을 더한 값이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨이고, 상기 제2 전압은 레퍼런스 전압일 수 있다.
입력 파워 소오스와 상기 인덕티브 소자와 연결된 출력 로드(output load)를 더 포함하고, 상기 출력 로드는 저항 또는 LED일 수 있다.
상기 신호 제어 회로는 제1 터미널과 제2 터미널을 포함하는 제1 샘플링 커패시터와, 상기 제1 터미널 및 상기 레퍼런스 전압과 연결된 제1 스위치와, 상기 제1 터미널 및 상기 모니터링 전압과 연결된 제2 스위치와, 상기 제2 터미널 및 상기 레퍼런스 전압과 연결된 제3 스위치와, 상기 제2 터미널과 연결된 비교기를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 동시에 턴온되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 터미널에는 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압이 선택적으로 제공된다.
상기 신호 제어 회로는 제3 터미널과, 상기 비교기에 연결된 제4 터미널을 포함하는 제2 샘플링 커패시터와, 상기 제3 터미널 및 상기 모니터링 전압과 연결된 제4 스위치와, 상기 제3 터미널 및 상기 모니터링 전압과 연결된 제5 스위치와, 상기 제4 터미널 및 상기 모니터링 전압과 연결된 제6 스위치와, 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치는 동시에 턴온/턴오프되고, 상기 제1 스위치와 상기 제5 스위치는 동시에 턴온/턴오프되고, 상기 제3 스위치와 상기 제6 스위치는 동시에 턴온/턴오프될 수 있다. 즉, 상기 제1 터미널에 상기 레퍼런스 전압이 인가될 때, 상기 제3 터미널에 모니터링 전압이 인가되고, 상기 제1 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가될 때, 상기 제3 터미널에 모니터링 전압이 인가된다.
상기 스위치는 일정 주파수로 주기적으로 턴온/턴오프될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스위칭 장치의 다른 면은 입력 파워 소오스와 연결된 출력 로드(output load); 상기 출력 로드와 연결된 인덕티브 소자(inductive element); 상기 인덕티브 소자와 연결되어, 상기 인덕티브 소자를 흐르는 전류를 제어하는 스위치; 상기 스위치와 연결된 모니터링 노드(monitoring node); 및 상기 모니터링 노드와 레퍼런스 전압과 연결되고, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하되, 상기 신호 제어 회로는 상기 스위치가 턴온될 때 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 노드의 전압의 차이인 샘플링 전압을 획득하고, 상기 모니터링 노드의 전압이 변경되어, 상기 레퍼런스 전압과 상기 샘플링 전압의 합과 동일해 지면 상기 스위치를 턴오프할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스위칭 장치의 구동 방법의 일 면은 인덕티브 소자(inductive element)와, 상기 인덕티브 소자와 연결되어, 상기 인덕티브 소자를 흐르는 전류를 제어하는 스위치와, 상기 스위치와 연결되는 모니터링 노드(monitoring node)를 포함하고, 상기 모니터링 노드의 전압이 모니터링 전압인 스위칭 장치를 제공하고, 주기적으로 상기 스위치를 턴온하고, 상기 스위치가 턴온될 때, 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압의 차이인 샘플링 전압을 획득하고, 상기 모니터링 전압이 변경되어 상기 레퍼런스 전압과 샘플링 전압의 합과 동일해 지면, 상기 스위치를 턴오프하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스위칭 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 신호 제어 회로의 예시적인 블록도이다.
도 3은 도 2의 리셋 신호 발생기의 예시적인 블록도이다.
도 4는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 일 예이다.
도 5는 도 4의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 6는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 다른 예이다.
도 7는 도 6의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 8는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다.
도 9는 도 8의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 10는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다.
도 11는 도 10의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 12는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다.
도 13는 도 12의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 14은 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 일 예이다.
도 15는 도 14의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
도 16 내지 도 18은 각각 도 1의 내부 회로의 예들을 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "연결된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 연결된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 연결된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스위칭 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1의 신호 제어 회로의 예시적인 블록도이고, 도 3은 도 2의 리셋 신호 발생기의 예시적이 블록도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스위칭 장치(1)는 스위치(20), 모니터링 노드(MN1), 신호 제어 회로(100), 캐치 다이오드(19) 등을 포함할 수 있다.
스위칭 장치(1)는 내부 회로(10)와 전기적으로 연결된다. 스위칭 장치(1)는 내부 회로(10) 내에 위치하는 인덕티브 소자(inductive element)(15)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 여기서, 내부 회로(10)는 인덕티브 소자(15)를 포함하는 회로이면 어떠한 회로도 가능하고, 예를 들어, 벅 컨버터(buck converter), 라이트 장치(light device), 파워 트랜스포머(power transformer) 등일 수 있다. 이러한 내부 회로(10)는 예를 들어, 입력 파워 소오스(11)와 연결된 출력 로드(output load)(13), 출력 로드(13)와 연결된 인덕티브 소자(15) 등을 포함할 수 있다. 출력 로드(13)는 예를 들어, 저항 또는 LED 일 수 있다. 인덕티브 소자(15)의 일측 터미널은 출력 로드(13)에 연결되고, 타측 터미널은 스위치(20)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
캐치 다이오드(19)의 일측 터미널은 스위치(20)와 연결되고, 타측 터미널은 입력 파워 소오스(11)와 출력 로드(13) 사이에 연결될 수 있다. 캐치 다이오드(19)는 플라이백 다이오드(flyback diod), 프리윌링 다이오드(freewheeling diode), 스너버 다이오드(snubber diode), 서프레서 다이오드(suppressor diode), 클램프 다이오드(clamp diode) 등으로도 불린다. 즉, 캐치 다이오드(19)는 스위치(20)가 턴오프되어도 인덕터(15)에서 흐르는 전류가 소멸될 수 있도록, 연속 루프(continuous loop)를 생성한다. 즉, 스위치(20)가 턴오프된 후, 전류는 캐치 다이오드(19), 출력 로드(13), 인덕티브 소자(15)를 계속 흐르면서 소멸된다.
모니터링 노드(MN1)는 스위치(20)와 모니터링 소자(30) 사이에 위치할 수 있다. 모니터링 소자(30)는 접지 전압과 스위치(20) 사이에 배치된 저항일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
신호 제어 회로(100)는 모니터링 노드(MN1)와 레퍼런스 전압(REF)과 연결되어, 스위치(20)를 턴온/턴오프한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 신호 제어 회로(100)는 리셋 신호 발생기(110)와, SR 래치(120)를 포함할 수 있다. SR 래치(120)는 오실레이터(40)로부터 셋 신호(S)를 제공받고, 리셋 신호 발생기(110)로부터 리셋 신호(RST)를 제공받는다.
SR 래치(120)는 오실레이터(40)로부터 일정 주파수로 주기적인 펄스 형태의 셋 신호(S)를 제공받아, 주기적으로 스위치(20)를 턴온한다.
또한, 리셋 신호 발생기(110)는 모니터링 전압(CS)을 기초로 생성된 제1 전압(도 3의 V1 참조)과, 샘플링 전압(CSS)과 레퍼런스 전압(REF) 중 적어도 하나를 기초로 생성된 제2 전압(도 3의 V2 참조)이 서로 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 발생시킨다. SR 래치(120)는 리셋 신호(RST)를 제공받아 스위치(20)를 턴오프한다.
여기서, 모니터링 전압(CS)은 모니터링 노드(MN1)의 전압을 의미한다. 모니터링 전압(CS)은 스위치가 턴온되면 시간에 따라 점점 변화(예를 들어, 증가)할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
레퍼런스 전압(REF)은 스위치(20)가 턴온될 때의 모니터링 전압(CS)의 레벨(이하, "스타트 레벨"이라 함)보다 크고, 스위치(20)가 턴오프될 때의 모니터링 전압(CS)의 레벨(이하, "피크 레벨"이라 함)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 전압(REF)은 모니터링 전압의 스타트 레벨과 피크 레벨의 평균값일 수 있다.
샘플링 전압(CSS)은 스위치(20)가 턴온될 때 샘플링된 전압의 레벨을 의미한다. 샘플링되는 전압은 예를 들어, 모니터링 전압일 수도 있고, 모니터링 전압과 레퍼런스 전압의 차일 수도 있다.
구체적으로, 스위치(20)가 턴온되면, 입력 파워 소오스(11)로부터 제공된 전류는 출력 로드(13), 인덕티브 소자(15), 모니터링 전압(30)을 거쳐서 접지전압으로 빠져나간다. 스위치(20)는 일정 주파수로 주기적으로 턴온/턴오프되면서, 인덕티브 소자(15)를 흐르는 전류가 레퍼런스 전압(REF)을 중심으로 위아래로 움직이도록 제어할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 스위치(20)는 출력 로드(13) 및 인덕티브 소자(15)에 흐르는 평균 전류를 조절한다.
도 3에 도시된 것과 같이, 리셋 신호 발생기(110)는 홀드 회로(111), 연산 회로(113), 비교기(115)를 포함할 수 있다. 홀드 회로(111)는 샘플 및 홀드 회로(sample and hold circuit)일 수도 있고 트랙 및 홀드 회로(track and hold circuit)일 수도 있다. 예를 들어, 홀드 회로(111)는 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)을 제공받고, 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압(CS)을 샘플링할 수도 있다(도 3, 도 4 내지 도 13의 CSS 참조). 한편, 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)의 차이를 샘플링할 수도 있다(도 14 및 도 15의 Va 참조).
연산 회로(113)는 모니터링 전압(CS), 샘플링 전압(CSS), 레퍼런스 전압(REF)을 이용하여 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)을 생성한다. 예를 들어, 모니터링 전압(CS), 샘플링 전압(CSS)과 레퍼런스 전압(REF) 중 선택된 일부를 이용하여 제1 전압(V1)을 생성하고, 모니터링 전압(CS), 샘플링 전압(CSS)과 레퍼런스 전압(REF) 중 나머지를 이용하여 제2 전압(V2)을 생성할 수 있다.
비교기(115)는 이와 같은 방식으로 생성된 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 서로 동일해 질 때 리셋 신호(RST)를 생성한다.
한편, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 예를 들면 다음과 같다.
제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)이고, 제2 전압(V2)은 2배의 레퍼런스 전압(REF)에서 샘플링 전압(CSS)을 마이너스한 전압이고, 여기서, 샘플링 전압(CSS)은 스위치(20)가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨일 수 있다. 구체적인 구현예는 도 4 내지 도 7을 이용하여 후술한다.
또는, 제1 전압은 모니터링 전압(CS)과 샘플링 전압(CSS)의 합이고, 제2 전압(V2)은 2배의 레퍼런스 전압(REF)일 수 있다. 구체적인 구현예는 도 8 및 도 9를 이용하여 후술한다.
또는, 제1 전압(V1)은 2배의 레퍼런스 전압(REF)과 모니터링 전압(CS)의 차이고, 제2 전압(V2)은 샘플링 전압(CSS)일 수 있다. 구체적인 구현예는 도 10 및 도 11을 이용하여 후술한다.
또는, 제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)의 차에, 샘플링 전압(CSS)을 더한 값일 수 있다. 제2 전압(V2)은 레퍼런스 전압(REF)일 수 있다. 구체적인 구현예는 도 12 및 도 13을 이용하여 후술한다.
다른 방식으로, 제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)이고, 제2 전압(V2)은 레퍼런스 전압(REF)과 샘플링 전압(Va = REF-CSS)의 합일 수 있다. 구체적인 구현예는 도 14 및 도 15를 이용하여 후술한다.
도 4는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 일 예이다. 도 5는 도 4의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선 도 4를 참조하면, 홀드 회로(도 3의 111)는 스위치(20)가 턴온될 때 모니터링 전압(CS)을 샘플링하여, 샘플링 전압(CSS)를 생성한다.
연산 회로(도 3의 113)는 제1 및 제2 연산부(131, 132)를 포함한다. 제1 연산부(131)는 레퍼런스 전압(REF)에서 샘플링 전압(CSS)를 마이너스하여, Va전압을 생성한다(Va= REF-CSS). 제2 연산부(132)는 Va전압과 레퍼런스 전압(REF)을 합하여, 제2 전압(V2)을 생성한다. 즉, 제2 전압(V2)은 REF+Va일 수 있다. 한편, 제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)이다.
비교기(115)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 시간 t1에서, 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 셋 신호(S)를 기초로 스위치(20)가 턴온된다. 샘플링 전압(CSS)이 생성되고, REF+Va가 생성된다. 제2 전압(V2)은 REF+Va이고, 제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)이다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다.
시간 t2에서, 모니터링 전압(CS)이 REF+Va와 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 즉, CS = REF+Va = REF+(REF-CSS) = 2REF-CSS 가 되면, 스위치(20)가 턴오프된다.
도 6는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 다른 예이다. 도 7는 도 6의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선, 도 6을 참조하면, 홀드 회로(111)는 샘플링 전압(CSS)를 생성한다.
연산 회로(113)는 배수기(133)와 제3 연산부(134)를 포함한다. 배수기(133)는 2배의 레퍼런스 전압(REF)을 생성하고, 제3 연산부(134)는 2배의 레퍼런스 전압(REF)에서 샘플링 전압(CSS)를 마이너스한, 2REF-CSS를 생성한다. 제2 전압(V2)은 2REF-CSS이다. 한편, 제1 전압(V1)은 모니터링 전압(CS)이다.
비교기(115)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 시간 t1에서, 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 셋 신호(S)를 기초로 스위치(20)가 턴온된다. 샘플링 전압(CSS)이 생성되고, 2REF-CSS가 생성된다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다.
시간 t2에서, 모니터링 전압(CS)이 2REF-CSS와 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 즉, CS = 2REF-CSS가 되면, 스위치(20)가 턴오프된다.
도 8는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다. 도 9는 도 8의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선 도 8을 참조하면, 홀드 회로(111)는 샘플링 전압(CSS)를 생성한다.
연산 회로(113)는 배수기(135)와 제4 연산부(136)을 포함한다. 배수기(133)는 2배의 레퍼런스 전압(REF)을 생성한다. 제2 전압(V2)은 2REF가 된다.
한편, 제4 연산부(136)는 모니터링 전압(CS)과 샘플링 전압(CSS)을 합하여, 제1 전압(V1)을 생성한다. 즉, 제1 전압(V1)은 CS+CSS가 된다.
비교기(115)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 시간 t1에서, 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 셋 신호(S)를 기초로 스위치(20)가 턴온된다. 샘플링 전압(CSS)이 생성되고, CS+CSS가 생성된다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다. 따라서, CS+CSS도 역시 점차 증가한다.
시간 t2에서, CS+CSS이 2REF와 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 즉, CS +CSS = 2REF 이고, 결국 CS = 2REF-CSS가 되면, 스위치(20)가 턴오프된다.
도 10는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다. 도 11는 도 10의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선 도 10을 참조하면, 홀드 회로(111)는 샘플링 전압(CSS)를 생성한다.
연산 회로(113)는 배수기(137)와 제5 연산부(138)을 포함한다. 배수기(137)는 2배의 레퍼런스 전압(REF)을 생성한다. 제5 연산부(138)는 레퍼런스 전압(REF)에서 모니터링 전압(CS)을 마이너스하여, 2REF-CS를 생성한다. 즉, 제1 전압(V1)은 2REF-CS가 된다. 반면, 제2 전압(V2)은 샘플링 전압(CSS)이 된다.
비교기(115)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 도 1, 도 10 및 도 11을 참조하면, 시간 t1에서, 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 셋 신호(S)를 기초로 스위치(20)가 턴온된다. 샘플링 전압(CSS)이 생성된다. 또한, 2REF-CS를 생성한다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다. 따라서, 2REF-CS는 역시 점차 감소한다.
시간 t2에서, 2REF-CS이 CSS와 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 즉, 2REF-CS = CSS 이고, 결국 CS = 2REF-CSS가 되면, 스위치(20)가 턴오프된다.
도 12는 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 또 다른 예이다. 도 13는 도 12의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선 도 12를 참조하면, 홀드 회로(111)는 샘플링 전압(CSS)를 생성한다.
연산 회로(113)는 제6 연산부(139)와 제7 연산부(140)을 포함한다. 제6 연산부(139)는 모니터링 전압(CS)에서 레퍼런스 전압(REF)을 마이너스하여, CS-REF를 생성한다. 또한, 제7 연산부(140)는 CS-REF에 샘플링 전압(CSS)를 플러스하여, CS-REF+CSS를 생성한다. 제1 전압(V1)은 CS-REF+CSS가 된다.
반면, 제2 전압(V2)은 레퍼런스 전압(REF)이 된다.
비교기(115)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 동일해질 때, 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 도 1, 도 12 및 도 13을 참조하면, 시간 t1에서, 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 셋 신호(S)를 기초로 스위치(20)가 턴온된다. 샘플링 전압(CSS)이 생성된다. 또한, CS-REF+CSS를 생성한다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다. 따라서, CS-REF+CSS도 점차 증가한다.
시간 t2에서, CS-REF+CSS이 REF와 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 즉, CS-REF+CSS = REF이고, 결국 CS = 2REF-CSS가 되면, 스위치(20)가 턴오프된다.
도 14은 도 3의 리셋 신호 발생기의 회로도의 일 예이다. 도 15는 도 14의 회로도에 대응되는 타이밍도이다.
우선 도 14를 참조하면, 리셋 신호 발생기(110)는 제1 및 제2 샘플링 커패시터(Ca, Cb), 제1 내지 제6 스위치(151~156), 비교기(115)를 포함할 수 있다.
제1 샘플링 커패시터(Ca)는 제1 터미널(도 14에서 좌측)과 제2 터미널(도 14에서 우측)을 포함한다.
제1 스위치(151)는 S2 신호에 의해 제어되고, 제1 터미널 및 레퍼런스 전압(REF)과 연결된다.
제2 스위치(152)는 S1 신호에 의해 제어되고, 제1 터미널 및 모니터링 전압(CS)과 연결된다.
제3 스위치(153)는 S1P 신호에 의해 제어되고, 제2 터미널 및 레퍼런스 전압(REF)과 연결된다.
제2 샘플링 커패시터(Cb)는 제3 터미널(도 14에서 좌측)과 제4 터미널(도 14에서 우측)을 포함한다.
제4 스위치(154)는 S1 신호에 의해 제어되고, 제3 터미널 및 모니터링 전압(CS)과 연결된다.
제5 스위치(155)는 S2 신호에 의해 제어되고, 제3 터미널 및 모니터링 전압(CS)과 연결된다.
제6 스위치(156)는 S1P 신호에 의해 제어되고, 제4 터미널 및 모니터링 전압(CS)과 연결된다.
여기서, 제2 스위치(152)와 제4 스위치(154)는 동시에 턴온/턴오프되고, 제1 스위치(151)와 제5 스위치(155)는 동시에 턴온/턴오프되고, 제3 스위치(153)와 제6 스위치(156)는 동시에 턴온/턴오프된다. 제1 스위치(151) 및 제2 스위치(152)는 동시에 턴온되지 않는다.
제1 터미널에는 레퍼런스 전압(REF)과 모니터링 전압(CS)이 선택적으로 제공된다. 제1 터미널에 레퍼런스 전압(REF)이 인가될 때, 제3 터미널에 모니터링 전압(CS)이 인가되고, 제1 터미널에 모니터링 전압(CS)이 인가될 때, 제3 터미널에 모니터링 전압(CS)이 인가된다.
비교기(115)는 제1 샘플링 커패시터(Ca)의 제2 터미널과, 제2 샘플링 커새피터(Cb)의 제4 터미널과 연결된다.
도 14에 기재된 리셋 신호 발생기(110)는 예시적인 구현예에 불과하고, 본 발명의 권리범위에 한정되는 것은 아니다. 도 3 내지 도 13을 이용하여 전술한 리셋 신호 발생기(110)를 다양한 방법으로 구현할 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명하다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 시간 t1에서 펄스 형태의 셋 신호(S)가 생성된다. 또한, S1 신호와 S1P 신호가 인에이블되어, 제2 스위치(152) 내지 제4 스위치(154), 제6 스위치(156)가 턴온된다. S2 신호는 디스에이블되어, 제1 스위치(151)와 제5 스위치(155)는 턴오프된다. 따라서, 제1 샘플링 커패시터(Ca)에는 Ca(REF-CS)의 전하가 차징(charging)된다. 제2 샘플링 커패시터(Cb)에는 전하가 차징되지 않는다. 왜냐하면, Cb(CS-CS)=0 이기 때문이다.
시간 t1a 이후에, S1P 신호, S1 신호는 차례로 디스에이블되어, 제2 스위치(152) 내지 제4 스위치(154), 제6 스위치(156)가 턴오프된다. S1신호가 디스에이블된 후에, S2 신호는 인에이블되어, 제1 스위치(151)와 제5 스위치(155)는 턴온되다.
노드(N1)에서의 전압 레벨을 Vx 라고 할 때, 제1 샘플링 커패시터(Ca)에 차장되는 전하는 Ca(Vx-REF)이다. 그런데, Ca(REF-CS) = Ca(Vx-REF) 이기 때문에, Vx = 2REF-CS = REF+(REF-CS) = REF+Va 가 된다.
노드(N2)에서의 전압 레벨을 Vy라고 할 때, 제2 샘플링 커패시터(Cb)에 차징되는 전하는 Cb(Vy-CS)이다. 그런데, Cb(Vy-CS) = 0 이기 때문에, Vy = CS 가 된다.
모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨에서 피크 레벨로 점차 증가한다.
시간 t2에서, 모니터링 전압(CS)는 REF+Va 와 동일해 진다. 비교기(115)는, Vx=Vy, 즉, REF+Va = CS 일 때, 리셋 신호(RST)가 인에이블된다.
도 16 내지 도 18은 각각 도 1의 내부 회로의 예를 도시한 것이다. 도 16는 벅 컨버터(buck converter)이고 도 17은 라이트 장치(light device)이고 도 18은 파워 트랜스포머(power transformer)이다. 도 16 내지 도 18은 예시적인 것에 불과하고, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16를 참조하면, 벅 컨버터는 예를 들어, 저항 형태의 출력 로드(213)와, 출력 로드(213)의 양쪽 터미널과 연결된 커패시터(220)를 포함한다. 또한, 출력 로드(213)의 일측 터미널에는 인덕티브 소자(215)가 연결되고, 타측 터미널에는 다이오드(204)가 연결될 수 있다.
도 17을 참조하면, 라이트 장치는 예를 들어, 다수의 LED를 포함하는 출력 로드(213a)를 포함한다. 출력 로드(213a)의 일측 터미널에는 인덕티브 소자(215)가 연결되고, 타측 터미널에는 다이오드(204)가 연결될 수 있다.
도 18을 참조하면, 파워 트랜스포머(250)는 1차 권선(primary winding)(251), 2차 권선(secondary winding)(252)을 포함한다. 입력 파워 소오스(211)는 1차 권선(251)과 연결된다. 제어 다이오드(253)는 2차 권선(252)와 연결된다. 인덕티브 소자(215)는 제어 다이오드(253)과 저항 형태의 출력 로드(213b)에 연결될 수 있다. 출력 필터 커패시터(260)는 출력 로드(213b)의 양단에 연결될 수 있다. 캐치 다이오드(catch diode)(204)의 일측 터미널은 인덕티브 소자(15) 및 제어 다이오드(253) 사이의 노드에 연결되고, 타측 터미널은 출력 로드(213b)와 2차 권선(252) 사이의 노드에 연결될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 내부 회로 11: 입력 파워 소오스
13: 출력 로드 15: 인덕티브 소자
20: 스위치 30: 모니터링 소자
100: 신호 제어 회로 111: 홀드 회로
113: 연산 회로 115: 비교기

Claims (15)

  1. 인덕티브 소자(inductive element)에 흐르는 전류를 제어하는 스위치;
    상기 스위치와 연결된 모니터링 노드(monitoring node); 및
    상기 모니터링 노드와 레퍼런스 전압과 연결되고, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하되,
    상기 신호 제어 회로는 모니터링 전압을 기초로 생성된 제1 전압과, 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 적어도 하나를 기초로 생성된 제2 전압이 서로 동일해질 때 상기 스위치를 턴오프하되, 상기 모니터링 전압은 상기 모니터링 노드의 전압이며,
    상기 신호 제어 회로는
    제1 터미널과, 비교기에 연결된 제2 터미널을 포함하고, 상기 제1 터미널에는 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압이 선택적으로 제공되는 제1 샘플링 커패시터; 및
    제3 터미널과, 상기 비교기에 연결된 제4 터미널을 포함하고, 상기 제1 터미널에 상기 레퍼런스 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되고, 상기 제1 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되는 제2 샘플링 커패시터;를 포함하는 스위칭 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 상기 모니터링 전압의 레벨보다 크고, 상기 스위치가 턴오프될 때의 상기 모니터링 전압의 레벨보다 작은 스위칭 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치와 연결된 모니터링 소자를 더 포함하고,
    상기 모니터링 노드는 상기 스위치와 상기 모니터링 소자 사이의 노드인 스위칭 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압, 상기 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 선택된 일부를 이용하여 생성하고,
    상기 제2 전압은 상기 모니터링 전압, 상기 샘플링 전압과 상기 레퍼런스 전압 중 나머지를 이용하여 생성하는 스위칭 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압이고,
    상기 제2 전압은 상기 레퍼런스 전압과 상기 샘플링 전압의 합이고, 상기 샘플링 전압은 상기 레퍼런스 전압의 레벨과, 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨의 차인 스위칭 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압이고,
    상기 제2 전압은 2배의 레퍼런스 전압에서 샘플링 전압을 마이너스한 전압이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨인 스위칭 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압과 상기 샘플링 전압의 합이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨이고,
    상기 제2 전압은 2배의 레퍼런스 전압인 스위칭 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 2배의 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압의 차이고,
    상기 제2 전압은 샘플링 전압이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨인 스위칭 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압의 차에, 상기 샘플링 전압을 더한 값이고, 상기 샘플링 전압은 상기 스위치가 턴온될 때의 모니터링 전압의 레벨이고,
    상기 제2 전압은 레퍼런스 전압인 스위칭 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    입력 파워 소오스와 상기 인덕티브 소자와 연결된 출력 로드(output load)를 더 포함하고,
    상기 출력 로드는 저항 또는 LED인 스위칭 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치는 일정 주파수로 주기적으로 턴온/턴오프되는 스위칭 장치.
  14. 입력 파워 소오스와 연결된 출력 로드(output load);
    상기 출력 로드와 연결된 인덕티브 소자(inductive element);
    상기 인덕티브 소자와 연결되어, 상기 인덕티브 소자에 흐르는 전류를 제어하는 스위치;
    상기 스위치와 연결된 모니터링 노드(monitoring node); 및
    상기 모니터링 노드와 레퍼런스 전압과 연결되고, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하되,
    상기 신호 제어 회로는 상기 스위치가 턴온될 때 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 노드의 전압의 차이인 샘플링 전압을 획득하고, 상기 모니터링 노드의 전압이 변경되어, 상기 레퍼런스 전압과 상기 샘플링 전압의 합과 동일해 지면 상기 스위치를 턴오프하며, 상기 모니터링 노드의 전압은 모니터링 전압이고,
    상기 신호 제어 회로는,
    제1 터미널과, 비교기에 연결된 제2 터미널을 포함하고, 상기 제1 터미널에는 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압이 선택적으로 제공되는 제1 샘플링 커패시터; 및
    제3 터미널과, 상기 비교기에 연결된 제4 터미널을 포함하고, 상기 제1 터미널에 상기 레퍼런스 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되고, 상기 제1 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되는 제2 샘플링 커패시터;를 포함하는 스위칭 장치.
  15. 인덕티브 소자(inductive element)와, 상기 인덕티브 소자와 연결되어, 상기 인덕티브 소자에 흐르는 전류를 제어하는 스위치와, 상기 스위치와 연결되는 모니터링 노드(monitoring node)를 포함하고, 상기 모니터링 노드의 전압이 모니터링 전압인 스위칭 장치를 제공하고,
    주기적으로 상기 스위치를 턴온하고,
    상기 스위치가 턴온될 때, 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압의 차이인 샘플링 전압을 획득하고,
    상기 모니터링 전압이 변경되어 상기 레퍼런스 전압과 샘플링 전압의 합과 동일해 지면, 상기 스위치를 턴오프하는 신호 제어 회로를 포함하며,
    상기 신호 제어 회로는,
    제1 터미널과, 비교기에 연결된 제2 터미널을 포함하는 제1 샘플링 커패시터; 및 제3 터미널과, 상기 비교기에 연결된 제4 터미널을 포함하는 제2 샘플링 커패시터;를 포함하고,
    상기 제1 터미널에는 상기 레퍼런스 전압과 상기 모니터링 전압이 선택적으로 제공되며,
    상기 제1 터미널에 상기 레퍼런스 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되고, 상기 제1 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가될 때 상기 제3 터미널에 상기 모니터링 전압이 인가되는 스위칭 장치의 구동 방법.
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