KR102212597B1 - 신호 제어 회로 및 스위칭 장치 - Google Patents

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Abstract

신호 제어 회로 및 스위칭 장치가 제공된다. 스위칭 장치는, 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, 상기 모니터링 노드의 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압을 이용하여 비교 전압을 생성하는 적분기를 포함하고, 상기 적분기는, 저항부와 커패시터부를 포함하고, 파워업 구간에서 적어도 하나의 선택신호를 제공받아 상기 저항부의 크기와 상기 커패시터부의 크기 중 적어도 하나를 결정하여, 상기 비교 전압의 피크값이 타겟 범위 내에 위치하도록 하는 오토 캘리브레이터(auto calibrator)를 포함한다.

Description

신호 제어 회로 및 스위칭 장치{Signal control circuit and switching device}
본 발명은 신호 제어 회로 및 스위칭 장치에 관한 것이다.
종래의 전류 프로그램 제어(current programmed control)는 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. 미국등록특허 7863836를 참고하였다.
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 신호 제어 회로를 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)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, 상기 모니터링 노드의 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압을 이용하여 비교 전압을 생성하는 적분기를 포함하고, 상기 적분기는, 저항부와 커패시터부를 포함하고, 파워업 구간에서 적어도 하나의 선택신호를 제공받아 상기 저항부의 크기와 상기 커패시터부의 크기 중 적어도 하나를 결정하여, 상기 비교 전압의 피크값이 타겟 범위 내에 위치하도록 하는 오토 캘리브레이터(auto calibrator)를 포함한다.
상기 저항부는 n(여기서, n은 1 이상의 자연수)개의 저항부 포함하고, 상기 커패시터부는 m(여기서, m은 1 이상의 자연수)개의 커패시터를 포함하고, 상기 오토 캘리브레이터는, 상기 n개의 저항 중 적어도 하나를 선택하여 상기 저항부의 크기를 조절하고, 상기 m개의 커패시터 중 적어도 하나를 선택하여 상기 커패시터부의 크기를 조절할 수 있다.
상기 오토 캘리브레이터는 상기 선택신호를 제공받는 제1 스위칭부와 제2 스위칭부를 포함하고, 상기 제1 스위칭부는 상기 저항부에 연결되고, 상기 제2 스위칭부는 상기 커패시터부에 연결될 수 있다.
상기 n개의 저항은 상기 제1 스위칭부에 의하여 병렬 연결되고, 상기 m개의 커패시터는 상기 제2 스위칭부에 의하여 병렬 연결될 수 있다.
상기 타겟 범위는 제1 전압과 제2 전압 사이의 범위를 포함하고, 상기 제1 전압은 상기 적분기에 인가되는 전원 전압보다 작고, 상기 제2 전압은 상기 레퍼런스 전압보다 클 수 있다.
상기 신호 제어 회로는 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 비교하여 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압이 동일해지면 리셋 신호를 생성하는 비교기를 더 포함할 수 있다.
상기 오토 캘리브레이터에 의해 제1 캘리브레이션 구간에서 결정된 상기 적분기의 제1 RC값과, 제2 캘리브레이션 구간에서 결정된 상기 적분기의 제2 RC값은 서로 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신호 제어 회로의 일 면은, 스위치와 연결된 모니터링 노드의 모니터링 전압과, 레퍼런스 전압을 제공받고, 상기 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압을 적분하여 비교 전압을 생성하는 적분기 및 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 제공받고, 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 비교하여 리셋 신호를 생성하는 비교기를 포함하는, 상기 스위치를 턴온/턴오프한다.
상기 적분기는, 상기 적분기의 RC 값을 조절하여 상기 비교 전압의 피크값이 타겟 범위 내에 위치하도록 하는 오토 캘리브레이터를 포함할 수 있다.
상기 오토 캘리브레이터는 적어도 하나의 저항을 포함하는 저항부와, 복수개의 커패시터를 포함하는 커패시터부를 포함하고, 상기 오토 캘리브레이터는 상기 복수개의 커패시터 중 적어도 하나를 선택하여 상기 커패시터부의 크기를 조절할 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 6은 도 5의 비교 전압의 파형을 구체적으로 도시한 타이밍도이다.
도 7은 오토 캘리브레이터의 회로도의 일 예이다.
도 8 및 도 9는 오토 캘리브레이터의 동작 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 10은 오토 캘리브레이터의 회로도의 다른 예이다.
도 11 내지 도 13은 각각 도 1의 응용 회로부의 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 응용 회로부(10)와 전기적으로 연결된다. 스위칭 장치(1)는 응용 회로부(10) 내에 위치하는 인덕티브 소자(inductive element)(15)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 여기서, 응용 회로부(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 응용 회로부(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 있다.
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 있다.
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)과 레퍼런스 전압(REF)을 이용하여 리셋 신호(RST)를 생성한다.
여기서, 모니터링 전압(CS)은 모니터링 노드(MN1)의 전압을 의미한다. 모니터링 전압(CS)은 스위치(20)가 턴온되면 시간에 따라 점점 변화(예를 들어, 증가)할 수 있다.
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, "파이널 레벨"이라 함)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 전압(REF)은 모니터링 전압(CS)의 스타트 레벨(VL)과 파이널 레벨(VH)의 평균값(도 5 참조)일 수 있다.
비교 전압(CVS)은 스위치(20)가 턴온될 때 적분기(121)에 의해 생성되는 전압을 의미한다. 비교 전압(CVS)은 레퍼런스 전압(REF)과 모니터링 전압(CS)을 이용하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 스위치(20)가 턴온되면, 입력 파워 소오스(11)로부터 제공된 전류는 출력 로드(13), 인덕티브 소자(15), 모니터링 소자(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 적분기(121)와 비교기(140)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 적분기(121)는 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)을 제공받아, 이들을 이용하여 비교 전압(CVS)을 생성할 수 있다.
비교기(140)는 적분기(121)와 연결되고, 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)을 비교하여 리셋 신호(RST)를 생성한다. 비교기(140)는 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)이 동일할 때 리셋 신호(RST)를 생성한다.
적분기(121)는 오토 캘리브레이터(131)를 포함할 수 있다. 오토 캘리브레이터(131)는 적분기(121)의 RC값을 조절할 수 있으며, 비교 전압(CVS)의 파형을 조절할 수 있다. 오토 캘리브레이터(131)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
도 4는 도 3의 리셋 신호 발생기(110)의 회로도의 일 예이다. 도 5는 도 4의 회로도에 대응되는 타이밍도이다. 도 6은 5의 비교 전압(CVS)의 파형을 구체적으로 도시한 타이밍도이다.
우선 도 4를 참조하면, 적분기(121)는 스위치(20)가 턴온될 때 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)을 적분하여 비교 전압(CVS)를 생성한다. 적분기(121)는 저항부(132), 커패시터부(133), 증폭기(OP)를 포함한다. 증폭기(OP)의 비반전단자(+)에는 레퍼런스 전압(REF)이 제공되고, 모니터링 전압(CS)은 저항부(132)을 통해 증폭기(OP)의 반전단자(-)에 연결된다.
오토 캘리브레이터(131)는 저항부(132)과 커패시터부(133)를 포함하고, 저항부(132)의 크기(R)와 커패시터부(133)의 크기(C)를 조절한다.
비교기(140)는 증폭기(OP)의 출력단에서 출력된 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)을 비교하고, 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)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. 시간 t1에서 모니터링 전압(CS)은 스타트 레벨(VL)을 갖는다. 스위치(20)가 턴오프되는 시간 t2에서 모니터링 전압(CS)은 파이널 레벨(VH)을 갖는다. 모니터링 전압(CS)은 시간 t1에서 시간 t2 구간동안 스타트 레벨(VL)에서 파이널 레벨(VH)까지 점차 증가한다.
적분기(121)는 시간 t1부터 비교 전압(CVS)을 생성한다. 비교 전압(CVS)은 모니터링 전압(CS)과 레퍼런스 전압(REF)을 적분하여 생성된다.
도 6을 참조하여 비교 전압(CVS)의 파형을 구체적으로 설명하기로 한다. 비교 전압(CVS)은 하기의 식(1)에 따른 값을 가질 수 있다.
Figure 112014047824240-pat00001
상기 식(1)과 같이, 비교 전압(CVS)은 레퍼런스 전압(REF)과 모니터링 전압(CS)을 적분하여 생성되므로, 비교 전압(CVS)은 레퍼런스 전압(REF)에서부터 시작한다. 예를 들어, 비교 전압(CVS)은 점차 증가하다가 모니터링 전압(CS)이 레퍼런스 전압(REF)과 같아질 때 피크 전압(Vpeak)을 갖고, 점차 감소하여 시간 t2에서 레퍼런스 전압(REF)과 비교 전압(CVS)이 같아진다.
피크 전압(Vpeak)의 크기와 파형은 상기 식(1)의 RC 값, 즉 저항부(132)의 크기(R)와 커패시터부(133)의 크기(C)에 의하여 결정되며, 오토 캘리브레이터(131)는 적분기(121)의 RC값을 조절할 수 있다.
비교 전압(CVS)은 레퍼런스 전압(REF)과 적분기(131)에 인가되는 전원 전압, 다시 말해서 증폭기(OP)에 인가되는 전원 전압(VDD) 사이의 값을 가질 수 있다. 그러나, 안정적인 동작을 위하여 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)은 타겟 범위(Vt) 내에 위치한다.
타겟 범위(Vt)는 제1 전압(VA)과 제2 전압(VB) 사이를 의미할 수 있다. 제1 전압(VA)은 전원 전압(VDD)보다 작고 제2 전압(VB)보다 크다. 제2 전압(VB)은 레퍼런스 전압(REF)보다 크고 제1 전압(VA)보다 작다. 타겟 범위(Vt)는 제1 전압(VA)과 제2 전압(VB)을 조절하여 임의로 정할 수 있다.
시간 t2에서, 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)이 동일해지면, 리셋 신호(RST)가 생성된다. 이에 따라, 스위치(20)가 턴오프된다.
비교기(140)는 일 입력단(+)이 레퍼런스 전압(REF)을, 타 입력단(-)이 비교 전압(CVS)을 제공받고, 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)이 동일해지면 리셋 신호(RST)를 출력한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 적분기(121)내의 OP 앰프와, 비교기(140)에 동일한 레퍼런스 전압(REF)이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 적분기(121)의 출력인 비교 전압(CVS)과 레퍼런스 전압(REF)가 동일해지는 시점에서 리셋 신호(RST)가 출력되어, 스위치(20)가 턴오프된다.
비교기(140)에는 적분기(121) 내의 OP 앰프에 인가되는 레퍼런스 전압(REF)과 다른 레퍼런스 전압, 예를 들어, Vq가 인가될 수 있다. 레퍼런스 전압(REF) 및 다른 레퍼런스 전압 Vq는 정제된(clean) 직류 전압인 것이 바람직하다.
한편 본 실시예와 다른 실시예에 따르면, 적분기(121)내의 OP앰프에는 레퍼런스 전압(REF)이 인가되고, 비교기(140)에는 모니터링 전압(CS)이 인가될 수도 있다. 이러한 경우 적분기(121)의 출력인 비교 전압(CVS)과 모니터링 전압(CS)이 동일해지는 시점에서 리셋 신호(RST)가 출력되어, 스위치(20)가 턴오프된다., 그리고, 다음 싸이클에서 적분기(121)가 동작할 때, 이전 싸이클에서 턴오프되는 시점의 출력값이 적분기(121)와 연결된 커패시터에 저장되어 저장된 전압과 모니터링 전압(CS)이 비교된다. 이때 적분기(121)의 출력인 비교 전압(CVS)은 커패시터에 저장된 전압부터 시작하여 점차 증가하게 되므로 비교 전압(CVS)이 도 3 및 도 4에 도시된 구성의 비교 전압(CVS)보다 더 커지게 되어, 타겟 범위(Vt) 내에 위치시키는데 시간이 더 많이 소요될 수 있다..
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비교기(140)에 모니터링 전압(CS)이 인가되는 경우 보다 적분기(121)내의 OP 앰프와, 비교기(140)에 동일한 레퍼런스 전압(REF)이 인가되는 경우의 실시 예가 상대적으로 저전압 동작 회로 설계에 더 바람직하다.
또한 모니터링 전압(CS)은 스위치(20) 턴온시 또는 턴오프시, 스위치(20) 및 스위치(20)에 연결된 라인의 기생 성분, 예를 들면 기생 커패시터들 또는 기생 저항들의 조합에 의해 원하지 않는 피크 전압이 발생될 수 있는데, 적분기(121)내의 OP 앰프와, 비교기(140)에 동일한 레퍼런스 전압(REF)이 인가되는 경우 정제된 직류 전압이 사용되므로, 동작 측면에 있어 보다 안정적이다.
도 7 내지 도 9를 참조하여 오토 캘리브레이터(131)에 대하여 설명하기로 한다. 도 7은 오토 캘리브레이터(131)의 회로도의 일 예이다. 도 8 및 도 9는 오토 캘리브레이터(131)의 동작 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
오토 캘리브레이터(131)는 적분기(121)의 RC값을 조절한다. 오토 캘리브레이터(131)는 적분기(121)의 저항부(132)의 크기(R)와 커패시터부(133)의 크기(C) 중 적어도 하나를 조절하여, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 범위(Vt) 내에 위치하도록 한다.
저항부(132)은 제1 저항(R0), 제2 저항(R1), 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 저항(R0, R1, R2)은 제1 스위칭부(135)에 의하여 서로 병렬 연결될 수 있다.
커패시터부(133)는 제1 커패시터(C0), 제2 커패시터(C1), 제3 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 커패시터(C0, C1, C2)는 제2 스위칭부(136)에 의해 병렬 연결될 수 있다.
오토 캘리브레이터(131)는 선택신호를 제공받아 저항부(132)의 크기와 커패시터부(133)의 크기를 조절할 수 있다. 선택신호는 저항부(132)의 크기를 조절하는 제1 선택신호(SS1)와, 커패시터(133)의 크기를 조절하는 제2 선택신호(SS2)를 포함한다. 제1 선택신호(SS1)는 저항부(132)에 연결된 제1 스위칭부(135)에 제공되고, 제2 선택신호(SS2)는 커패시터부(133)에 연결된 제2 스위칭부(136)에 제공된다.
도 7에서, 저항부(132)가 포함하는 저항의 개수와 커패시터부(133)가 포함하는 커패시터의 개수가 3개로 동일한 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 저항부(132)가 포함하는 저항의 개수와 커패시터부(133)가 포함하는 커패시터의 개수는 다를 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 캘리브레이션 구간(T1)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 예를 들어, 제1 캘리브레이션 구간(T1)에서는 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제3 스위치(S21), 제4 스위치(S22)를 모두 열 수 있다. 이에 따라, 적분기(121)의 RC값은 제1 저항(R0)과 제1 커패시터(C0)의 곱이다.
만약 제1 캘리브레이션 구간(T1)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제1 전압(VA)보다 크면, 제2 선택 신호(SS2)는 제3 스위치(S21)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C1로 변경된다. 제1 캘리브레이션 구간(T1)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제2 선택 신호(SS2)는 유지되며, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0로 정해진다.
이어서, 제2 캘리브레이션 구간(T2)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 R0(C0+C1)이다. 만약 제2 캘리브레이션 구간(T2)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제1 전압(VA)보다 크면, 제2 선택 신호(SS2)는 제3 스위치(S21)를 열고, 제4 스위치(S22)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C2로 변경된다. 제2 캘리브레이션 구간(T2)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제2 선택 신호(SS2)는 유지되며, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C1으로 정해진다.
이어서, 제3 캘리브레이션 구간(T3)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 R0(C0+C2)이다. 만약 제3 캘리브레이션 구간(T3)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제1 전압(VA)보다 크면, 제2 선택 신호(SS2)는 제3 스위치(S21)를 닫고, 제4 스위치(S22)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C1+C2로 변경된다. 제3 캘리브레이션 구간(T3)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제2 선택 신호(SS2)는 유지되며, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C2로 정해진다.
이어서, 제4 캘리브레이션 구간(T4)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 R0(C0+C1+C2)이다. 제4 캘리브레이션 구간(T4)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제2 선택 신호(SS2)는 유지되며, 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C1+C2로 정해진다. 따라서, 제4 캘리브레이션 구간(T4) 이후의 구간, 예를 들어 제5 캘리브레이션 구간(T5)에서도 커패시터부(133)의 크기(C)는 C0+C1+C2이다.
도 9를 참조하면, 제6 캘리브레이션 구간(T6)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 예를 들어, 제6 캘리브레이션 구간(T6)에서는 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제3 스위치(S21), 제4 스위치(S22)를 모두 열 수 있다. 이에 따라, 적분기(121)의 RC값은 제1 저항(R0)과 제1 커패시터(C0)의 곱이다.
만약 제6 캘리브레이션 구간(T6)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제2 전압(VB)보다 작으면, 제1 선택 신호(SS1)는 제1 스위치(S11)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R1으로 변경된다. 제6 캘리브레이션 구간(T6)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제1 선택 신호(SS1)는 유지되며, 저항부(132)의 크기(R)는 R0로 정해진다.
이어서, 제7 캘리브레이션 구간(T7)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 (R0∥R1)C0이다. 만약 제7 캘리브레이션 구간(T7)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제2 전압(VB)보다 작으면, 제2 선택 신호(SS2)는 제1 스위치(S11)를 열고, 제2 스위치(S12)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R2로 변경된다. 제7 캘리브레이션 구간(T7)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제1 선택 신호(SS1)는 유지되며, 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R1으로 정해진다.
이어서, 제8 캘리브레이션 구간(T8)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 (R0∥R2)C0이다. 만약 제8 캘리브레이션 구간(T8)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하지 않고, 제2 전압(VB)보다 작으면, 제1 선택 신호(SS1)는 제1 스위치(S11)를 닫고, 제2 스위치(S12)를 닫을 수 있다. 이에 따라, 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R1∥R2로 변경된다. 제8 캘리브레이션 구간(T8)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제1 선택 신호(SS1)는 유지되며, 저항부(132)의 크기(C)는 R0∥R2로 정해진다.
이어서, 제9 캘리브레이션 구간(T9)에서, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 측정한다. 이 때, 적분기(121)의 RC값은 (R0∥R1∥R2)C0이다. 제9 캘리브레이션 구간(T9)에서 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)이 타겟 구간(Vt) 내에 위치하면, 제1 선택 신호(SS1)는 유지되며, 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R1∥R2로 정해진다. 따라서, 제9 캘리브레이션 구간(T9) 이후의 구간, 예를 들어 제10 캘리브레이션 구간(T10)에서는 저항부(132)의 크기(R)는 R0∥R1∥R2이다.
도 8 및 도 9와 같이 제1 스위칭부(135)와 제2 스위칭부(136)를 이용하여 적분기(121)의 RC값을 조절할 수 있고, 비교 전압(CVS)의 피크 전압(Vpeak)을 바꿀 수 있다. 제1 내지 제4 캘리브레이션 구간(T1∼T4) 각각에서 적분기(121)의 RC값은 서로 다를 수 있고, 제6 내지 제9 캘리브레이션 구간(T6∼T9) 각각에서 적분기(121)의 RC값은 서로 다를 수 있다.
제1 내지 제10 캘리브레이션 구간(T1∼T10)은 파워업 구간, 즉 스위칭 장치(1)를 동작시키는 구간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스위칭 장치(1)의 정상 상태일 수 있다. 즉, 스위칭 장치(1)가 정상 상태일 때에도 피크 전압(Vpeak)이 타겟 범위(Vt)를 벗어나면 오토 캘리브레이터(131)가 동작할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9를 통해 제1 스위칭부(135)와 제2 스위칭부(136)를 따로 조절하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 스위칭부(135)와 제2 스위칭부(136)를 동시에 조절할 수도 있다. 즉, 저항부(132)과 커패시터부(133)를 동시에 변경하여 적분기(121)의 RC값을 변경할 수 있다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오토 캘리브레이터(141)를 설명하기로 한다. 도 10은 오토 캘리브레이터(141)의 회로도의 다른 예이다.
도 10의 오토 캘리브레이터(141)는 복수개의 저항(R0, R1, R2, …, Rn, n은 1 이상의 자연수)과 복수개의 커패시터(C0, C1, C2, …, Cm, m은 1 이상의 자연수), 복수개의 저항(R0, R1, R2, …, Rn)을 병렬 연결하는 제1 스위칭부(145)와 복수개의 커패시터(C0, C1, C2, …, Cm)를 병렬 연결하는 제2 스위칭부(146)를 포함한다. 제1 스위칭부(145)는 2n개의 스위치를 포함하고, 제2 스위칭부(146)는 2m개의 스위치를 포함할 수 있다.
제1 선택 신호(SS1)는 제1 스위칭부(145)의 스위치의 열고 닫는 것을 조절하고, 제2 선택 신호(SS2)는 제2 스위칭부(146)의 스위치의 열고 닫는 것을 조절할 수 있다.
도 10의 오토 캘리브레이터(141)는 다양한 개수의 저항과 커패시터를 포함하기 때문에, 도 7의 오토 캘리브레이터(131)보다 다양한 RC값을 가질 수 있으므로, 좀더 세밀하게 비교 전압(CS)의 피크 전압(Vpeak)을 조절할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 각각 도 1의 응용 회로부의 예를 도시한 것이다. 도 11은 벅 컨버터(buck converter)이고 도 12는 라이트 장치(light device)이고 도 13은 파워 트랜스포머(power transformer)이다.
도 11을 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 12를 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 13을 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.
1: 스위칭 장치 10: 응용 회로부
11: 입력 파워 소오스 13: 출력 로드
15: 인덕티브 소자 20: 스위치
30: 모니터링 소자 40: 오실레이터
100: 신호 제어 회로 110: 리셋 신호 발생기
121: 적분기 131, 141: 오토 캘리브레이터
132: 저항부 133: 커패시터부
135: 제1 스위칭부 136: 제2 스위칭부
140: 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,
    상기 모니터링 노드의 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압을 이용하여 비교 전압을 생성하는 적분기를 포함하고,
    상기 적분기는, 저항부와 커패시터부를 포함하고, 파워업 구간에서 적어도 하나의 선택신호를 제공받아 상기 저항부의 크기와 상기 커패시터부의 크기 중 적어도 하나를 결정하여, 상기 비교 전압의 피크값이 타겟 범위 내에 위치하도록 하는 오토 캘리브레이터(auto calibrator)를 포함하는 스위칭 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저항부는 n(여기서, n은 1 이상의 자연수)개의 저항부 포함하고,
    상기 커패시터부는 m(여기서, m은 1 이상의 자연수)개의 커패시터를 포함하고,
    상기 오토 캘리브레이터는, 상기 n개의 저항 중 적어도 하나를 선택하여 상기 저항부의 크기를 조절하고, 상기 m개의 커패시터 중 적어도 하나를 선택하여 상기 커패시터부의 크기를 조절하는 스위칭 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오토 캘리브레이터는 상기 선택신호를 제공받는 제1 스위칭부와 제2 스위칭부를 포함하고,
    상기 제1 스위칭부는 상기 저항부에 연결되고, 상기 제2 스위칭부는 상기 커패시터부에 연결되는 스위칭 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 n개의 저항은 상기 제1 스위칭부에 의하여 병렬 연결되고,
    상기 m개의 커패시터는 상기 제2 스위칭부에 의하여 병렬 연결되는 스위칭 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟 범위는 제1 전압과 제2 전압 사이의 범위를 포함하고,
    상기 제1 전압은 상기 적분기에 인가되는 전원 전압보다 작고, 상기 제2 전압은 상기 레퍼런스 전압보다 큰 스위칭 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 제어 회로는 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 비교하여 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압이 동일해지면 리셋 신호를 생성하는 비교기를 더 포함하는 스위칭 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 오토 캘리브레이터에 의해 제1 캘리브레이션 구간에서 결정된 상기 적분기의 제1 RC값과, 제2 캘리브레이션 구간에서 결정된 상기 적분기의 제2 RC값은 서로 다른 스위칭 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 비교 전압은 상기 스위치가 턴온되면 증가하고, 상기 모니터링 전압이 상기 레퍼런스 전압과 동일할 때 상기 비교 전압은 상기 피크값을 갖고, 상기 피크값 이후로 상기 비교 전압은 감소하는 스위칭 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 오토 캘리브레이터는 상기 저항부와 상기 커패시터부 중 적어도 하나의 크기를 조절하여 상기 제1 RC값 및 제2 RC값을 조절하는 스위칭 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 저항부의 크기가 작아질수록 상기 비교 전압의 피크값은 증가하고,
    상기 커패시터부의 크기가 커질수록 상기 비교 전압의 피크값은 감소하는 스위칭 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 오토 캘리브레이터는, 상기 피크값이 상기 타겟 범위 밖에 있는 경우에 상기 피크값을 조절하는 스위칭 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 타겟 범위는 제1 전압과 제2 전압 사이의 범위를 포함하고,
    상기 제1 전압은 상기 적분기에 인가되는 전원 전압보다 작고, 상기 제2 전압은 상기 레퍼런스 전압보다 큰 스위칭 장치.
  13. 스위치와 연결된 모니터링 노드의 모니터링 전압과, 레퍼런스 전압을 제공받고, 상기 모니터링 전압과 상기 레퍼런스 전압을 적분하여 비교 전압을 생성하는 적분기; 및
    상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 제공받고, 상기 비교 전압과 상기 레퍼런스 전압을 비교하여 리셋 신호를 생성하는 비교기를 포함하고,
    상기 적분기는, 상기 적분기의 RC 값을 조절하여 상기 비교 전압의 피크값이 타겟 범위 내에 위치하도록 하는 오토 캘리브레이터를 포함하는, 상기 스위치를 턴온/턴오프하는 신호 제어 회로.
  14. 삭제
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 오토 캘리브레이터는 적어도 하나의 저항을 포함하는 저항부와, 복수개의 커패시터를 포함하는 커패시터부를 포함하고,
    상기 오토 캘리브레이터는 상기 복수개의 커패시터 중 적어도 하나를 선택하여 상기 커패시터부의 크기를 조절하는 신호 제어 회로.
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