KR102230129B1 - Bootstrap circuit and power supply apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부트스트랩 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device, and more particularly, to a bootstrap circuit and a power supply device including the same.
도 1은 종래의 레벨 쉬프트 방식의 부트스트랩 구동 회로를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a conventional level shift type bootstrap driving circuit.
도 1을 참조하면, 제2 스위치(S2)는 하위 드라이버(110L)와 함께 접지되어 있기 때문에, 구동신호가 그대로 제2 스위치(S2)로 전달되어 스위칭될 수 있다. 그러나, 제1 스위치(S1)는 접지와 분리되어 있기 때문에, 상위 드라이버(110H)를 동작시킬 수 있는 전원을 필요로 하고, 또한, 구동신호가 레벨 쉬프트(120)에 의해 쉬프트되어야 한다. 이때, 제1 스위치(S1)와 상위 드라이버(110H)는 같은 전위에 있어야 하므로, 부트스트랩 다이오드(Dbs)와 커패시터(Cbs)를 결합한 부트스트랩 전원 장치를 사용한다.Referring to FIG. 1, since the second switch S2 is grounded together with the
도 2는 종래의 레벨 쉬프트 방식의 부트스트랩 구동 회로의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the operating principle of a conventional level shift type bootstrap driving circuit.
도 2의 (a)를 참조하면, 각각의 드라이버(110H, 110L)의 신호에 의해 제2 스위치(S2)가 턴온되고, 제1 스위치(S1)가 턴오프되면, 제1 경로(A)를 따라 전류가 흐르게 되고, 이때 부트스트랩 다이오드(Dbs)와 커패시터(Cbs)를 통해 전류가 흐르면, 커패시터(Cbs)에 전압(VDD)가 충전된다.Referring to FIG. 2A, when the second switch S2 is turned on and the first switch S1 is turned off by a signal of each
도 2의 (b)를 참조하면, 각각의 드라이버(110H, 110L)의 신호에 의해 제1 스위치(S1)가 턴온되고, 제2 스위치(S2)가 턴오프되면, 커패시터(Cbs)에 충전되었던 전하가 제2 경로(B)를 따라 상위 드라이버(110H)의 전원으로 사용되면서 방전하게 된다. 따라서, 제1 스위치(S1)는 접지와 전위가 다른 상태에서도 독립된 구동전원을 확보할 수 있다.Referring to FIG. 2B, when the first switch S1 is turned on and the second switch S2 is turned off by a signal of each
그러나, 종래의 MOSFET과 같은 전압 구동형 반도체 스위치는 안정적인 동작을 위해서 약 12V 이상의 최소 필요 구동전압, 즉, 문턱전압을 요구한다.However, a voltage-driven semiconductor switch such as a conventional MOSFET requires a minimum required driving voltage of about 12V or more, that is, a threshold voltage for stable operation.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 개의 스위치가 직렬로 구성된 하프브릿지 스위치 구조에서, 각각의 스위치에 안정적인 구동전압을 제공하는 부트스트랩 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present specification is conceived to solve the above-described problem, and in a half-bridge switch structure in which two switches are formed in series, a bootstrap circuit providing a stable driving voltage to each switch and a power supply device including the same is provided. It has its purpose to provide.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 부트스트랩 회로는, 직렬로 구성된 제1 및 제2 주 스위치와, 제1 전원단자와 접지단자 사이에 전원이 접속되고, 제2 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제1 구동신호에 따라 상기 제1 주 스위치를 구동하는 제1 구동회로 및 제3 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제2 구동신호에 따라 상기 제2 주 스위치를 구동하는 제2 구동회로로 구성되는 IC칩을 포함하는 전원 공급 장치의 부트스트랩 회로에 있어서, 상기 IC칩의 제2 전원단자와 기준단자 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서; 상기 IC칩의 제3 전원단자와 상기 접지단자 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서; 및 일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 상기 제2 전원단자를 통해 상기 제1 부트스트랩 콘덴서의 일단에 접속되며, 제3 구동신호에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 승압하여 상기 제1 부트스트랩 콘덴서로 공급하는 승압회로를 포함한다.To achieve this object, according to the first embodiment of the present specification, in the bootstrap circuit according to the present specification, power is supplied between the first and second main switches configured in series, and the first power terminal and the ground terminal. It is connected, operates by the voltage of the second power terminal, operates by the voltage of the first driving circuit and the third power terminal, which drives the first main switch according to the first driving signal, and operates according to the second driving signal. In a bootstrap circuit of a power supply device including an IC chip configured with a second driving circuit for driving the second main switch, the first bootstrap capacitor connected between a second power supply terminal and a reference terminal of the IC chip ; A second bootstrap capacitor connected between the third power terminal of the IC chip and the ground terminal; And one end is connected to the power source through the first power terminal, the other end is connected to one end of the first bootstrap capacitor through the second power terminal, and a voltage supplied from the power source is supplied according to a third driving signal. And a booster circuit for boosting the voltage and supplying it to the first bootstrap capacitor.
바람직하게는, 상기 승압회로는, 일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 공통노드에 접속되어 있는 인덕터; 애노드가 상기 공통노드에 접속되고, 캐소드가 상기 제2 전원단자를 통해 상기 제1 부트스트랩 콘덴서의 일단에 접속되어 있는 다이오드; 및 게이트 전극이 상기 제3 구동신호에 접속되고, 소스 전극이 접지되며, 드레인 전극이 상기 공통노드에 접속되어 있는 MOSFET을 포함하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.Preferably, the booster circuit includes an inductor having one end connected to the power source through the first power terminal and the other end connected to a common node; A diode having an anode connected to the common node and a cathode connected to one end of the first bootstrap capacitor through the second power terminal; And a switch including a MOSFET in which a gate electrode is connected to the third driving signal, a source electrode is grounded, and a drain electrode is connected to the common node.
바람직하게는, 상기 승압회로의 출력전압은 주파수의 시비율에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the output voltage of the booster circuit is characterized in that it is determined according to the ratio of the frequency.
바람직하게는, 상기 승압회로의 스위칭 주파수는 상기 제1 및 제2 주 스위치의 스위칭 주파수보다 높은 것을 특징으로 한다.Preferably, a switching frequency of the booster circuit is higher than that of the first and second main switches.
바람직하게는, 상기 제3 구동신호는 상기 제2 구동신호와 동일한 위상을 갖고 출력되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the third driving signal is output with the same phase as the second driving signal.
본 명세서의 제2 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 전원 공급 장치는, 직렬로 구성된 제1 및 제2 주 스위치; 제1 전원단자와 접지단자 사이에 전원이 접속되고, 제2 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제1 구동신호에 따라 상기 제1 주 스위치를 구동하는 제1 구동회로 및 제3 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제2 구동신호에 따라 상기 제2 주 스위치를 구동하는 제2 구동회로로 구성되는 IC칩; 상기 IC칩의 제2 전원단자와 기준단자 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서; 상기 IC칩의 제3 전원단자와 상기 접지단자 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서; 및 일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 상기 제2 전원단자를 통해 상기 제1 부트스트랩 콘덴서의 일단에 접속되며, 제3 구동신호에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 승압하여 상기 제1 부트스트랩 콘덴서로 공급하는 승압회로를 포함한다.According to a second embodiment of the present specification, a power supply device according to the present specification includes: first and second main switches configured in series; Voltage of the first driving circuit and the third power terminal, which is connected to the power between the first power terminal and the ground terminal, operates by the voltage of the second power terminal, and drives the first main switch according to the first driving signal An IC chip operated by a second driving signal and configured of a second driving circuit for driving the second main switch according to a second driving signal; A first bootstrap capacitor connected between the second power terminal and the reference terminal of the IC chip; A second bootstrap capacitor connected between the third power terminal of the IC chip and the ground terminal; And one end is connected to the power source through the first power terminal, the other end is connected to one end of the first bootstrap capacitor through the second power terminal, and a voltage supplied from the power source is supplied according to a third driving signal. And a booster circuit for boosting the voltage and supplying it to the first bootstrap capacitor.
본 명세서의 제3 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 전원 공급 장치는, 직렬로 구성된 제1 및 제2 주 스위치; 제1 전원단자와 접지단자 사이에 전원이 접속되고, 제2 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제1 구동신호에 따라 상기 제1 주 스위치를 구동하는 제1 구동회로 및 제3 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제2 구동신호에 따라 상기 제2 주 스위치를 구동하는 제2 구동회로로 구성되는 IC칩; 상기 IC칩의 제2 전원단자와 기준단자 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서; 상기 IC칩의 제3 전원단자와 접지단자 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서; 및 일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 상기 제1 구동회로의 입력과 상기 제2 구동회로의 입력이 만나는 노드에 접속되며, 상기 제2 구동신호에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 승압하여 상기 제1 부트스트랩 콘덴서 및 상기 제2 부트스트랩 콘덴서로 공급하는 승압회로를 포함한다.According to a third embodiment of the present specification, a power supply device according to the present specification includes: first and second main switches configured in series; Voltage of the first driving circuit and the third power terminal, which is connected to the power between the first power terminal and the ground terminal, operates by the voltage of the second power terminal, and drives the first main switch according to the first driving signal An IC chip operated by a second driving signal and configured of a second driving circuit for driving the second main switch according to a second driving signal; A first bootstrap capacitor connected between the second power terminal and the reference terminal of the IC chip; A second bootstrap capacitor connected between the third power terminal and the ground terminal of the IC chip; And one end is connected to the power source through the first power terminal, is connected to a node where the input of the first driving circuit and the input of the second driving circuit meet, and supplied from the power source according to the second driving signal. And a booster circuit for boosting a voltage and supplying it to the first bootstrap capacitor and the second bootstrap capacitor.
바람직하게는, 상기 제2 부트스트랩 콘덴서에 병렬로 연결되는 제너다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, it characterized in that it further comprises a Zener diode connected in parallel to the second bootstrap capacitor.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 부트스트랩 전압을 승압시켜주는 승압회로를 포함하는 부트스트랩 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공함으로써, 두 개의 스위치가 직렬로 구성된 하프브릿지 스위치 구조에서, 각각의 스위치에 안정적인 구동전압을 제공할 수 있다.As described above, according to the present specification, by providing a bootstrap circuit including a booster circuit for boosting the bootstrap voltage and a power supply device including the same, in a half-bridge switch structure in which two switches are configured in series, each It can provide a stable driving voltage to the switch of the.
도 1은 종래의 레벨 쉬프트 방식의 부트스트랩 구동 회로를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 레벨 쉬프트 방식의 부트스트랩 구동 회로의 동작원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작에 따른 전압 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작에 따른 전압 특성을 나타낸 그래프, 및
도 14는 본 발명에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 적용예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a bootstrap driving circuit of a conventional level shift method;
FIG. 2 is a diagram for explaining the operating principle of a conventional level shift type bootstrap driving circuit;
3 is a diagram showing the configuration of a bootstrap type power supply device according to a first embodiment of the present invention;
4 and 5 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the first embodiment of the present invention;
6 is a diagram showing the configuration of a bootstrap type power supply device according to a second embodiment of the present invention;
7 and 8 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the second embodiment of the present invention;
9 is a graph showing voltage characteristics according to an operation of a bootstrap type power supply device according to a second embodiment of the present invention;
10 is a diagram showing a configuration of a bootstrap type power supply device according to a third embodiment of the present invention;
11 and 12 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the third embodiment of the present invention;
13 is a graph showing voltage characteristics according to an operation of a bootstrap type power supply device according to a third embodiment of the present invention; and
14 is a diagram showing an application example of a bootstrap type power supply device according to the present invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that technical terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present specification should be interpreted as generally understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, unless otherwise defined in this specification, and is excessively comprehensive. It should not be construed as a human meaning or an excessively reduced meaning. In addition, when a technical term used in the present specification is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or according to the context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, a singular expression used in the present specification includes a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various elements or various steps described in the specification, and some of the elements or some steps It may not be included, or it should be interpreted that it may further include additional components or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.In addition, the suffixes "module" and "unit" for the constituent elements used in the present specification are given or used interchangeably in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms including ordinal numbers such as first and second used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the present invention and should not be interpreted as limiting the spirit of the invention by the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of a bootstrap type power supply device according to the first embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는 전원단자(VCC)와 접지단자(GND) 사이에 전원(VA)이 접속되는 반도체 장치로서의 IC칩(IC chip)(300)과, IC칩(300)의 전원단자(VB1)와 고압측 기준단자(VS) 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서(Bootstrap Condenser)(C1)와, IC칩(300)의 전원단자(VB2)와 접지단자(GND) 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)와, IC칩(300)의 고압측 출력단자(HO)에 게이트 전극이 접속된 MOSFET을 포함하는 제1 주 스위치(M1)와, IC칩(300)의 저압측 출력단자(LO)에 게이트 전극이 접속된 MOSFET을 포함하는 제2 주 스위치(M2)를 포함한다.Referring to FIG. 3, in the bootstrap type power supply device according to the first embodiment of the present invention, an IC chip (IC) as a semiconductor device in which a power supply VA is connected between a power terminal VCC and a ground terminal GND. chip) 300, a first bootstrap capacitor (C1) connected between the power terminal (VB1) of the
제1 주 스위치(M1)와 제2 주 스위치(M2)는, 전원(VIN)에 직렬 접속되고, 각각 고유의 기판 다이오드를 구비할 수 있다.The first main switch M1 and the second main switch M2 are connected in series to the power supply VIN, and each may have its own substrate diode.
또한, IC칩(300)은 부트스트랩 다이오드(D1), 고압측 구동회로(DR1), 및 저압측 구동회로(DR2)를 포함할 수 있다. 이에, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1), 제2 부트스트랩 콘덴서(C2), 및 부트스트랩 다이오드(D1)가 부트스트랩 회로를 구성하게 된다.In addition, the
부트스트랩 다이오드(D1)의 애노드는 전원단자(VCC)를 통해 전원(VA)에 접속되고, 캐소드는 전원단자(VB1)를 통해 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)의 일단에 접속되어 있다. 따라서, 부트스트랩 다이오드(D1)는, 전원(VA)으로부터의 전류를 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 공급할 수 있다.The anode of the bootstrap diode D1 is connected to the power supply VA through the power supply terminal VCC, and the cathode is connected to one end of the first bootstrap capacitor C1 through the power supply terminal VB1. Accordingly, the bootstrap diode D1 can supply the current from the power supply VA to the first bootstrap capacitor C1.
고압측 구동회로(DR1)는 단자(VB1)의 전압에 의하여 동작하고, 구동신호(VG1)에 따라 전원(VA)으로부터 공급되는 전압을 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 충전하거나, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 충전된 전압(VB1)을 출력단자(HO)를 통해 출력하여 제1 주 스위치(M1)를 구동할 수 있다.The high voltage side driving circuit DR1 operates by the voltage of the terminal VB1, and charges the voltage supplied from the power supply VA in the first bootstrap capacitor C1 according to the driving signal VG1, or the first boot. The first main switch M1 may be driven by outputting the voltage V B1 charged in the strap capacitor C1 through the output terminal HO.
이를 위해, 고압측 구동회로(DR1)는 제1 절연소자(IG1)와, 토템폴 구조의 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다. 제1 절연소자(IG1)는 구동신호(VG1)를 절연 또는 레벨 쉬프트시켜 분리한다. 제1 스위치(S1)는 게이트 전극이 제1 절연소자(IG1)의 출력에 접속되고, 소스 전극이 출력단자(HO)에 접속되며, 드레인 전극이 전원단자(VB1)에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 제2 스위치(S2)는 게이트 전극이 제1 절연소자(IG1)의 출력에 접속되고, 소스 전극이 기준단자(VS)에 접속되며, 드레인 전극이 출력단자(HO)에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 또한, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)는 각각 고유의 기판 다이오드를 구비할 수 있다.To this end, the high voltage side driving circuit DR1 may include a first insulating element IG1 and a first switch S1 and a second switch S2 having a totem pole structure. The first insulating element IG1 is separated by insulating or level shifting the driving signal VG1. The first switch S1 includes a MOSFET in which the gate electrode is connected to the output of the first insulating element IG1, the source electrode is connected to the output terminal HO, and the drain electrode is connected to the power terminal VB1. . The second switch S2 includes a MOSFET in which the gate electrode is connected to the output of the first insulating element IG1, the source electrode is connected to the reference terminal VS, and the drain electrode is connected to the output terminal HO. . In addition, each of the first switch S1 and the second switch S2 may have its own substrate diode.
저압측 구동회로(DR2)는 단자(VB2)의 전압에 의하여 동작하고, 구동신호(VG2)에 따라 전원(VA)으로부터 공급되는 전압을 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 충전하거나, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 충전된 전압(VB2)을 단자(LO)를 통해 출력하여 제2 주 스위치(M2)를 구동할 수 있다.The low-voltage side driving circuit DR2 operates by the voltage of the terminal VB2, and charges the voltage supplied from the power supply VA in the second bootstrap capacitor C2 according to the driving signal VG2, or the second boot. The second main switch M2 may be driven by outputting the voltage V B2 charged in the strap capacitor C2 through the terminal LO.
이를 위해, 저압측 구동회로(DR2)는 제2 절연소자(IG2)와, 토템폴 구조의 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있다. 제2 절연소자(IG2)는 구동신호(VG2)를 절연 또는 레벨 쉬프트시켜 분리한다. 제3 스위치(S3)는 게이트 전극이 제2 절연소자(IG2)의 출력에 접속되고, 소스 전극이 출력단자(LO)에 접속되며, 드레인 전극이 전원단자(VB2)에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 제4 스위치(S4)는 게이트 전극이 제2 절연소자(IG2)의 출력에 접속되고, 소스 전극이 접지단자(GND)에 접속되며, 드레인 전극이 출력단자(LO)에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 또한, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)는 각각 고유의 기판 다이오드를 구비할 수 있다.To this end, the low-voltage side driving circuit DR2 may include a second insulating element IG2 and a third switch S3 and a fourth switch S4 having a totem pole structure. The second insulating element IG2 is separated by insulating or level shifting the driving signal VG2. The third switch S3 includes a MOSFET in which the gate electrode is connected to the output of the second insulating element IG2, the source electrode is connected to the output terminal LO, and the drain electrode is connected to the power terminal VB2. . The fourth switch S4 includes a MOSFET in which the gate electrode is connected to the output of the second insulating element IG2, the source electrode is connected to the ground terminal GND, and the drain electrode is connected to the output terminal LO. . In addition, the third switch S3 and the fourth switch S4 may each have their own substrate diodes.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the first embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 구동신호(VG2)가 1이고, 구동신호(VG1)가 0이면, 제2 경로(B)를 따라 전류가 흐르게 된다. 이때, 전원 공급 장치는 필요한 구동전압을 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)로부터 공급받는다. 여기서, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)의 전압(VB2)은 같은 전위에 있는 전원(VA)으로부터 상시 공급받는다.Referring to FIG. 4, when the driving signal VG2 is 1 and the driving signal VG1 is 0, a current flows along the second path B. At this time, the power supply device receives a required driving voltage from the second bootstrap capacitor C2. Here, the voltage V B2 of the second bootstrap capacitor C2 is always supplied from the power supply VA having the same potential.
그리고, 제2 주 스위치(M2)가 턴온되어 제1 경로(A)를 따라 전류가 흐르게 되고, 전원(VA), 부트스트랩 다이오드(D1), 제1 부트스트랩 콘덴서(C1), 및 제2 주 스위치(M2)를 따라 형성된 전류루프를 통해 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)가 전원(VA)에 의해 충전되고, 제1 주 스위치(M1)를 구동시킬 수 있는 전류를 충전하게 된다.In addition, the second main switch M2 is turned on so that a current flows along the first path A, and the power supply VA, the bootstrap diode D1, the first bootstrap capacitor C1, and the second main switch M2 are turned on. The first bootstrap capacitor C1 is charged by the power supply VA through the current loop formed along the switch M2, and a current capable of driving the first main switch M1 is charged.
도 5를 참조하면, 구동신호(VG1)가 1이고, 구동신호(VG2)가 0이면, 제4 경로(D)를 따라 전류가 흐르게 된다. 이때, 전원 공급 장치는 필요한 구동전압을 앞서 충전된 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)로부터 공급받는다.Referring to FIG. 5, when the driving signal VG1 is 1 and the driving signal VG2 is 0, a current flows along the fourth path D. At this time, the power supply device receives a required driving voltage from the previously charged first bootstrap capacitor C1.
그리고, 제1 주 스위치(M1)가 턴온되어 제3 경로(C)를 따라 전류가 흐르게 되고, 전원(VIN), 제2 주 스위치(M2), 및 부하저항(R5)을 따라 형성된 전류루프를 통해 부하저항(R5)에 입력전압(VIN)이 공급된다. 이때, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)는 전원(VA)에 의해 상시 충전되고, 제2 주 스위치(M2)를 구동시킬 수 있는 전력을 충전하게 된다.And, the first main switch (M1) is turned on, the current flows along the third path (C), and the current loop formed along the power supply (VIN), the second main switch (M2), and the load resistance (R5). Through this, the input voltage (V IN ) is supplied to the load resistance (R5). At this time, the second bootstrap capacitor C2 is constantly charged by the power supply VA, and charges power capable of driving the second main switch M2.
한편, 도 3의 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는 VA = VB1 = VB2 ≥ VTh와 같은 조건하에서만 동작을 보장한다. 여기서, VTh는 주 스위치의 문턱 전압을 나타낸다.Meanwhile, the bootstrap type power supply device of FIG. 3 guarantees operation only under conditions such as V A = V B1 = V B2 ≥ V Th. Here, V Th represents the threshold voltage of the main switch.
즉, 구동전압은 항상 주 스위치의 문턱전압보다 높아야 되고, 그렇지 않으면 스위칭 동작을 보장하지 못한다. 일반적으로 부트스트랩 과정에서 부트스트랩 다이오드 및 기생 저항 등에 의한 전압 감소 때문에 대부분 VA = VB1 > VB2와 같다.That is, the driving voltage must always be higher than the threshold voltage of the main switch, otherwise the switching operation cannot be guaranteed. In general, V A = V B1 > V B2 is the same as V A = V B1> V B2 due to voltage reduction due to the bootstrap diode and parasitic resistance during the bootstrap process.
만약 제어전압이 충분히 높지 않다면, 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는 VA = VB1 ≥ VTh > VB2와 같은 조건하에서 동작하게 되고, 제1 주 스위치, 즉, 상위 스위치의 구동이 불안정하게 되어, 회로의 정상적인 동작이 어렵게 된다.If the control voltage is not high enough, the bootstrap type power supply will operate under conditions such as V A = V B1 ≥ V Th > V B2, and the first main switch, that is, the upper switch, will become unstable. , The normal operation of the circuit becomes difficult.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제2 실시예에서는 부트스트랩 전압을 승압시켜주는 승압회로를 추가한다.In order to solve such a problem, in the second embodiment of the present invention, a booster circuit for boosting the bootstrap voltage is added.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing the configuration of a bootstrap type power supply device according to a second embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는 부트스트랩 다이오드(D1) 대신에 인덕터(LB), 다이오드(DB), 및 스위치(SB)로 구성되는 승압회로(BC)를 포함하며, 그 외의 구성은 도 3의 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치와 동일하다.Referring to FIG. 6, the bootstrap power supply device according to the second embodiment of the present invention includes a booster comprising an inductor LB, a diode DB, and a switch SB instead of a bootstrap diode D1. It includes a circuit BC, and other configurations are the same as those of the bootstrap type power supply device of FIG. 3.
인덕터(LB)의 일단은 전원단자(VCC)를 통해 전원(VA)에 접속되고, 타단은 인덕터(LB), 다이오드(DB), 및 스위치(SB)가 형성하는 공통노드에 접속되어 있다.One end of the inductor LB is connected to the power supply VA through the power terminal VCC, and the other end is connected to a common node formed by the inductor LB, the diode DB, and the switch SB.
다이오드(DB)의 애노드는 공통노드에 접속되고, 캐소드는 전원단자(VB1)를 통해 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)의 일단에 접속되어 있다. 따라서, 승압회로(BC)는, 전원(VA)의 전압, 즉, 부트스트랩 전압을 승압시켜 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 공급할 수 있다.The anode of the diode DB is connected to the common node, and the cathode is connected to one end of the first bootstrap capacitor C1 through the power terminal VB1. Accordingly, the booster circuit BC can boost the voltage of the power supply VA, that is, the bootstrap voltage, and supply it to the first bootstrap capacitor C1.
스위치(SB)는 게이트 전극이 구동신호(VG3)에 접속되고, 소스 전극이 접지되며, 드레인 전극이 공통노드에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 이때, 스위치(SB)는 구동신호(VG3)에 의해 미리 준비된 스위칭 패턴으로 조절된다. 또한, 승압회로(BC)의 출력전압은 아래의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.The switch SB includes a MOSFET in which a gate electrode is connected to the driving signal VG3, a source electrode is grounded, and a drain electrode is connected to a common node. At this time, the switch SB is controlled in a pre-prepared switching pattern by the driving signal VG3. In addition, the output voltage of the booster circuit BC may be determined by
여기서, D는 일정한 주파수의 시비율이다.Here, D is the application rate of a constant frequency.
만약, 시비율 D가 0.5, 즉, 50 %라면, 승압회로(BC)의 출력전압(VB1)은 VA의 2배가 된다.If the application ratio D is 0.5, that is, 50%, the output voltage V B1 of the booster circuit BC becomes twice as much as V A.
또한, 인덕터(LB), 다이오드(DB), 및 스위치(SB)로 구성되는 승압회로(BC)에서, 승압회로(BC)의 구동신호는, 승압회로(BC)의 스위칭 주파수가 주 스위치(M1, M2)의 스위칭 주파수보다 높다는 조건하에서 동작한다.In addition, in the booster circuit BC composed of the inductor LB, the diode DB, and the switch SB, the driving signal of the booster circuit BC is the switching frequency of the booster circuit BC is the main switch M1 , It operates under the condition that it is higher than the switching frequency of M2).
또한, 부트스트랩 회로는 제2 주 스위치, 즉 하단 스위치(M2)가 턴온되었을 때에만 동작이 허용되므로, 구동신호(VG3)는 구동신호(VG2)가 존재할 때에만 스위칭 신호가 출력되도록 로직을 구성하는 것이 바람직하다.In addition, since the bootstrap circuit is allowed to operate only when the second main switch, that is, the lower switch M2, is turned on, the driving signal VG3 is configured to output a switching signal only when the driving signal VG2 is present. It is desirable to do it.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.7 and 8 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the second embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 구동신호(VG2)가 1이고, 구동신호(VG1)가 0이면, 제2 주 스위치(M2)가 턴온 상태이다. 이때, 구동신호(VG2)보다 높은 스위칭 주파수를 갖는 구동신호(VG3)가 승압회로(BC)를 구동하게 된다. 이에 따라, 제2 경로(B)를 따라 전류가 흐르게 된다. 이때, 전원 공급 장치는 제2 주 스위치(M2)의 구동에 필요한 구동전원을 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)로부터 공급받는다. 여기서, 제2 부트스트랩 콘덴서(C1)의 전압(VB2)는 같은 전위에 있는 전원(VA)으로부터 상시 공급받는다.Referring to FIG. 7, when the driving signal VG2 is 1 and the driving signal VG1 is 0, the second main switch M2 is turned on. At this time, the driving signal VG3 having a higher switching frequency than the driving signal VG2 drives the boosting circuit BC. Accordingly, current flows along the second path B. At this time, the power supply device receives driving power required for driving the second main switch M2 from the second bootstrap capacitor C2. Here, the voltage V B2 of the second bootstrap capacitor C1 is always supplied from the power supply VA having the same potential.
제2 주 스위치(M2)가 턴온되어 제1 경로(A)를 따라 전류가 흐르게 되고, 전원(VA), 인덕터(LB), 다이오드(DB), 제1 부트스트랩 콘덴서(C1), 및 제2 주 스위치(M2)를 따라 형성된 전류루프를 통해 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)가 VA보다 높은 전압으로 충전되고, 제1 주 스위치(M1)를 구동시킬 수 있는 구동전력을 충전하게 된다.The second main switch M2 is turned on so that a current flows along the first path A, the power supply VA, the inductor LB, the diode DB, the first bootstrap capacitor C1, and the second The first bootstrap capacitor C1 is charged with a voltage higher than V A through the current loop formed along the main switch M2, and the driving power capable of driving the first main switch M1 is charged.
도 8을 참조하면, 구동신호(VG1)가 1이고, 구동신호(VG2)가 0이면, 제4 경로(D)를 따라 전류가 흐르게 된다. 이때, 전원 공급 장치는 필요한 구동전압을 앞서 충전된 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)로부터 공급받는다.Referring to FIG. 8, when the driving signal VG1 is 1 and the driving signal VG2 is 0, a current flows along the fourth path D. At this time, the power supply device receives a required driving voltage from the previously charged first bootstrap capacitor C1.
그리고, 제1 주 스위치(M1)가 턴온되어 제3 경로(C)를 따라 전류가 흐르게 되고, 전원(VIN), 제2 주 스위치(M2), 및 부하저항(R5)을 따라 형성된 전류루프를 통해 부하저항(R5)에 입력전압(VIN)이 공급된다. 이때, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)는 전원(VA)에 의해 상시 충전되고, 제2 주 스위치(M2)를 구동시킬 수 있는 전력을 충전하게 된다.And, the first main switch (M1) is turned on, the current flows along the third path (C), and the current loop formed along the power supply (VIN), the second main switch (M2), and the load resistance (R5). Through this, the input voltage (V IN ) is supplied to the load resistance (R5). At this time, the second bootstrap capacitor C2 is constantly charged by the power supply VA, and charges power capable of driving the second main switch M2.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작에 따른 전압 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing voltage characteristics according to an operation of a bootstrap type power supply device according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치에는 인덕터(LB), 다이오드(DB), 및 스위치(SB)로 구성되는 승압회로(BC)가 추가됨으로써, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 공급되는 부트스트랩 전압을 승압시킬 수 있다.In the bootstrap type power supply device according to the second embodiment of the present invention, a booster circuit BC composed of an inductor LB, a diode DB, and a switch SB is added, so that the first bootstrap capacitor ( The bootstrap voltage supplied to C1) can be boosted.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는, 도 9에 도시된 바와 같이, VB2 >> VA = VB1 ≥ VTh라는 조건을 만족하여 상위 스위치를 안정적으로 구동할 수 있다.That is, the bootstrap type power supply device according to the second embodiment of the present invention satisfies the condition of V B2 >> V A = V B1 ≥ V Th to stably operate the upper switch as shown in FIG. 9. It can be driven.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing the configuration of a bootstrap type power supply device according to a third embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치에서는, 승압회로(BC')가 전원단자(VCC)와 전원단자(VB1) 사이가 아니라 고압측 구동회로(DR1)의 입력과 저압측 구동회로(DR2)의 입력이 만나는 노드(N1)와 전원단자(VCC) 사이에 배치된다. Referring to FIG. 10, in the bootstrap type power supply device according to the third embodiment of the present invention, the booster circuit BC' is not between the power terminal VCC and the power terminal VB1, but the high voltage side driving circuit ( It is disposed between the node N1 and the power terminal VCC where the input of DR1) and the input of the low-voltage side driving circuit DR2 meet.
인덕터(LB)의 일단은 전원단자(VCC)를 통해 전원(VA)에 접속되고, 타단은 인덕터(LB), 다이오드(DB), 및 스위치(SB)가 형성하는 공통노드에 접속되어 있다.One end of the inductor LB is connected to the power supply VA through the power terminal VCC, and the other end is connected to a common node formed by the inductor LB, the diode DB, and the switch SB.
다이오드(DB)의 애노드는 공통노드에 접속되고, 캐소드는 노드(N1) 및 전원단자(VB1)를 경유하여 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)의 일단에 접속되어 있고, 노드(N1) 및 전원단자(VB2)를 경유하여 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)의 일단에 접속되어 있다. 따라서, 승압회로(BC')는, 전원(VA)의 전압, 즉, 부트스트랩 전압을 승압시켜 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)과 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 공급할 수 있다.The anode of the diode DB is connected to a common node, and the cathode is connected to one end of the first bootstrap capacitor C1 via the node N1 and the power terminal VB1, and the node N1 and the power terminal It is connected to one end of the second bootstrap capacitor C2 via (VB2). Accordingly, the booster circuit BC' can boost the voltage of the power supply VA, that is, the bootstrap voltage, and supply it to the first bootstrap capacitor C1 and the second bootstrap capacitor C2.
스위치(SB)는 게이트 전극이 구동신호(VG2)에 접속되고, 소스 전극이 접지단자(GND)에 접속되며, 드레인 전극이 공통노드에 접속되는 MOSFET을 포함한다. 이처럼, 스위치(SB)는 기존의 구동신호(VG2)에 의해 구동되기 때문에 승압회로(BC')를 위해 별도의 구동신호를 필요로 하지 않는다.The switch SB includes a MOSFET in which a gate electrode is connected to the driving signal VG2, a source electrode is connected to the ground terminal GND, and a drain electrode is connected to a common node. As such, since the switch SB is driven by the existing driving signal VG2, a separate driving signal is not required for the boosting circuit BC'.
이 같은 구성을 갖는 승압회로(BC')의 출력 전압은 다음의 수학식 2에 의해 표현될 수 있다.The output voltage of the booster circuit BC' having such a configuration can be expressed by
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치는 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 병렬로 연결되는 제너다이오드(DZ)를 포함한다. 제너다이오드(DZ)는 전원(VA)의 전압을 승압한 전압이 필요 이상 높아지는 것을 방지한다.In addition, the bootstrap type power supply device according to the third embodiment of the present invention includes a zener diode DZ connected in parallel to the second bootstrap capacitor C2. The Zener diode DZ prevents the voltage obtained by boosting the voltage of the power supply VA from increasing more than necessary.
추가로, 노드(N1)과 전원단자(VB1) 사이에는 다이오드(DC)가 배치될 수 있다.Additionally, a diode DC may be disposed between the node N1 and the power terminal VB1.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.11 and 12 are diagrams for explaining the operating principle of the bootstrap type power supply device according to the third embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 구동신호(VG2)가 1이고, 구동신호(VG1)가 0이면, 제2 주 스위치(M2)가 턴온 상태이다. 즉, 저압측 구동회로(DR2)의 동작에 의해 제2 주 스위치(M2)가 턴온된다. 이때, 제2 주 스위치(M2)의 구동에 필요한 구동전원은 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 충전된 전압이다. 또한, 이 구간은 제2 경로(B)에서와 같이, 승압회로(BC')의 인덕터(LB)와 스위치(SB)로 인해 인덕터(LB)의 전류가 상승하며, 에너지가 저장되는 구간이기도 하다.Referring to FIG. 11, when the driving signal VG2 is 1 and the driving signal VG1 is 0, the second main switch M2 is turned on. That is, the second main switch M2 is turned on by the operation of the low-pressure side driving circuit DR2. In this case, the driving power required to drive the second main switch M2 is the voltage charged in the second bootstrap capacitor C2. In addition, as in the second path (B), this section is a section in which the current in the inductor LB increases due to the inductor LB and the switch SB of the booster circuit BC' and energy is stored. .
제2 주 스위치(M2)가 턴온되어 제1 경로(A)를 따라 전류가 흐르게 되고, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2), 다이오드(DC), 제1 부트스트랩 콘덴서(C1), 및 제2 주 스위치(M2)를 따라 형성된 전류루프를 통해 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)가 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)와 동일한 전압으로 충전되고, 제1 주 스위치(M1)를 구동시킬 수 있는 구동전력을 충전하게 된다.The second main switch (M2) is turned on so that a current flows along the first path (A), the second bootstrap capacitor (C2), the diode (DC), the first bootstrap capacitor (C1), and the second main switch. The first bootstrap capacitor C1 is charged with the same voltage as the second bootstrap capacitor C2 through the current loop formed along the switch M2, and the driving power capable of driving the first main switch M1 is supplied. It will be charged.
도 12를 참조하면, 구동신호(VG1)가 1이고, 구동신호(VG2)가 0이면, 승압회로(BC')의 인덕터(LB)에 충전된 전류가 제4 경로(D)를 따라 전원(VA), 다이오드(DB) 및 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)를 경유하면서, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)가 전원(VA)의 전압보다 높은 전압으로 충전된다.Referring to FIG. 12, when the driving signal VG1 is 1 and the driving signal VG2 is 0, the current charged in the inductor LB of the booster circuit BC′ is transferred to the power supply ( VA), the diode DB, and the second bootstrap capacitor C2, while the second bootstrap capacitor C2 is charged to a voltage higher than the voltage of the power supply VA.
그리고, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 저장된 전압에 의해 구동전력을 생성하면서, 고압측 구동회로(DR1)에 의해 제1 주 스위치(M1)이 턴온되어 제3 경로(C)를 따라 전류가 흐르게 되고, 전원(VIN), 제2 주 스위치(M2), 부하저항(R5)을 따라 형성된 전류루프를 통해 부하저항(R5)에 입력전압(VIN)이 공급된다. 이때, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)가 승압회로(BC')에 의해 충전되고, 제2 주 스위치(M2)를 구동시킬 수 있는 전력을 충전하게 된다. 이때, 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)의 전압은 제너다이오드(DZ)에 의해 일정전압으로 제한되면서 구동전원이 안정화될 수 있다.In addition, while generating driving power by the voltage stored in the first bootstrap capacitor C1, the first main switch M1 is turned on by the high-voltage side driving circuit DR1, so that the current flows along the third path C. And the input voltage V IN is supplied to the load resistor R5 through a current loop formed along the power supply VIN, the second main switch M2, and the load resistor R5. At this time, the second bootstrap capacitor C2 is charged by the booster circuit BC', and power capable of driving the second main switch M2 is charged. In this case, the voltage of the second bootstrap capacitor C2 is limited to a constant voltage by the zener diode DZ, so that the driving power may be stabilized.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 동작에 따른 전압 특성을 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing voltage characteristics according to an operation of a bootstrap type power supply device according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시예에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치에서는, 승압회로(BC')가 고압측 구동회로(DR1)의 입력과 저압측 구동회로(DR2)의 입력 모두에 접속됨으로써, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1) 및 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 공급되는 부트스트랩 전압을 승압시킬 수 있다.In the bootstrap type power supply device according to the third embodiment of the present invention, the booster circuit BC' is connected to both the input of the high-voltage side driving circuit DR1 and the input of the low-voltage side driving circuit DR2. The bootstrap voltage supplied to the 1 bootstrap capacitor C1 and the second bootstrap capacitor C2 may be boosted.
결과적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 부트스트랩 콘덴서(C1)에 충전된 전압(VB1)과 제2 부트스트랩 콘덴서(C2)에 충전된 전압(VB2) 모두 전압(VA)보다 높은 것을 알 수 있다.As a result, as shown in FIG. 13, both the voltage V B1 charged in the first bootstrap capacitor C1 and the voltage V B2 charged in the second bootstrap capacitor C2 are voltage V A ). You can see that it is higher.
도 14는 본 발명에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치의 적용예를 나타낸 도면이다.14 is a diagram showing an application example of a bootstrap type power supply device according to the present invention.
도 14를 참조하면, 교류를 사용하는 전원 장치는, 교류-직류 변환부인 스위칭 정류기(1000) 및 직류-직류 변환부인 컨버터 부(2000)로 구성된다.Referring to FIG. 14, a power supply device using AC includes a
컨버터 부(2000)는 1차측 인버터 회로(2100)와 2차측 정류기 회로(2200)로 구분된다.The
교류-직류 변환부인 스위칭 정류기(1000)에서 고효율 특징인, 토템폴형 스위칭 정류기를 사용한다면, 4개의 고주파 스위치가 사용되고, 직류-직류 변환부인 컨버터 부(2000)에서 풀브릿지 인버터를 사용한다면, 4개의 스위치가 사용된다. 이때, 각각의 상위 스위치(S1, S3, S5, S7)에 본 발명에 따른 부트스트랩 방식의 전원 공급 장치가 적용될 수 있다.If a totem pole type switching rectifier is used in the
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.In the above, embodiments disclosed in the present specification have been described with reference to the accompanying drawings. As described above, the embodiments shown in each drawing are not to be interpreted in a limited manner, and may be combined with each other by those skilled in the art who are familiar with the contents of the present specification, and when combined, some components may be interpreted as being omitted.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Here, the terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted as being limited to a conventional or dictionary meaning, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea disclosed in the present specification.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the embodiments disclosed in the present specification, and do not represent all of the technical ideas disclosed in the present specification, and various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
Claims (12)
제1 전원단자와 접지단자 사이에 전원이 접속되고, 제2 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제1 구동신호에 따라 상기 제1 주 스위치를 구동하는 제1 구동회로 및 제3 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제2 구동신호에 따라 상기 제2 주 스위치를 구동하는 제2 구동회로로 구성되는 IC칩;
상기 IC칩의 제2 전원단자와 기준단자 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서;
상기 IC칩의 제3 전원단자와 상기 접지단자 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서; 및
일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 상기 제2 전원단자를 통해 상기 제1 부트스트랩 콘덴서의 일단에 접속되며, 제3 구동신호에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 승압하여 상기 제1 부트스트랩 콘덴서로 공급하는 승압회로;
를 포함하는 부트스트랩 회로.
First and second main switches configured in series;
Voltage of the first driving circuit and the third power terminal, which is connected to the power between the first power terminal and the ground terminal, operates by the voltage of the second power terminal, and drives the first main switch according to the first driving signal An IC chip operated by a second driving signal and configured of a second driving circuit for driving the second main switch according to a second driving signal;
A first bootstrap capacitor connected between the second power terminal and the reference terminal of the IC chip;
A second bootstrap capacitor connected between the third power terminal of the IC chip and the ground terminal; And
One end is connected to the power source through the first power terminal, the other end is connected to one end of the first bootstrap capacitor through the second power terminal, and boosts the voltage supplied from the power source according to a third driving signal. A booster circuit for supplying to the first bootstrap capacitor;
Bootstrap circuit comprising a.
상기 승압회로는,
일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 공통노드에 접속되어 있는 인덕터;
애노드가 상기 공통노드에 접속되고, 캐소드가 상기 제2 전원단자를 통해 상기 제1 부트스트랩 콘덴서의 일단에 접속되어 있는 다이오드; 및
게이트 전극이 상기 제3 구동신호에 접속되고, 소스 전극이 접지되며, 드레인 전극이 상기 공통노드에 접속되어 있는 MOSFET을 포함하는 스위치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 부트스트랩 회로.
The method of claim 1,
The boosting circuit,
An inductor having one end connected to the power source through the first power terminal and the other end connected to a common node;
A diode having an anode connected to the common node and a cathode connected to one end of the first bootstrap capacitor through the second power terminal; And
A switch including a MOSFET in which a gate electrode is connected to the third driving signal, a source electrode is grounded, and a drain electrode is connected to the common node;
Bootstrap circuit comprising a.
상기 승압회로의 출력전압은 주파수의 시비율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 부트스트랩 회로.
The method of claim 1,
The bootstrap circuit, characterized in that the output voltage of the booster circuit is determined according to a frequency ratio.
상기 승압회로의 스위칭 주파수는 상기 제1 및 제2 주 스위치의 스위칭 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 부트스트랩 회로.
The method of claim 1,
A bootstrap circuit, wherein a switching frequency of the booster circuit is higher than a switching frequency of the first and second main switches.
상기 제3 구동신호는 상기 제2 구동신호와 동일한 위상을 갖고 출력되는 것을 특징으로 하는 부트스트랩 회로.
The method of claim 1,
The bootstrap circuit, wherein the third driving signal has the same phase as the second driving signal and is output.
제1 전원단자와 접지단자 사이에 전원이 접속되고, 제2 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제1 구동신호에 따라 상기 제1 주 스위치를 구동하는 제1 구동회로 및 제3 전원단자의 전압에 의하여 동작하고, 제2 구동신호에 따라 상기 제2 주 스위치를 구동하는 제2 구동회로로 구성되는 IC칩;
상기 IC칩의 제2 전원단자와 기준단자 사이에 접속된 제1 부트스트랩 콘덴서;
상기 IC칩의 제3 전원단자와 접지단자 사이에 접속된 제2 부트스트랩 콘덴서; 및
일단이 상기 제1 전원단자를 통해 상기 전원에 접속되고, 타단이 상기 제1 구동회로의 입력과 상기 제2 구동회로의 입력이 만나는 노드에 접속되며, 상기 제2 구동신호에 따라 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 승압하여 상기 제1 부트스트랩 콘덴서 및 상기 제2 부트스트랩 콘덴서로 공급하는 승압회로;
를 포함하는 전원 공급 장치.
First and second main switches configured in series;
Voltage of the first driving circuit and the third power terminal, which is connected to the power between the first power terminal and the ground terminal, operates by the voltage of the second power terminal, and drives the first main switch according to the first driving signal An IC chip operated by a second driving signal and configured of a second driving circuit for driving the second main switch according to a second driving signal;
A first bootstrap capacitor connected between the second power terminal and the reference terminal of the IC chip;
A second bootstrap capacitor connected between the third power terminal and the ground terminal of the IC chip; And
One end is connected to the power source through the first power terminal, the other end is connected to a node where the input of the first driving circuit and the input of the second driving circuit meet, and supplied from the power source according to the second driving signal. A booster circuit for boosting the voltage to be supplied to the first bootstrap capacitor and the second bootstrap capacitor;
Power supply comprising a.
상기 제2 부트스트랩 콘덴서에 병렬로 연결되는 제너다이오드;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
A zener diode connected in parallel to the second bootstrap capacitor;
The power supply device further comprising a.
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR102230129B1 (en) |
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